Исследование локальной атомной структуры сплава Zr55Cu35Al10 вокруг Tg

Jul 19, 2023

Том 13 научных докладов, номер статьи: 9207 (2023) Цитировать эту статью

Подробности о метриках

В результате исследования структуры сплава Zr55Cu35Al10 в районе температуры стеклования (Tg) с использованием методов классической молекулярной динамики было доказано, что атомные связи в соединяющих зонах (i-зонах) становятся рыхлыми с небольшим поглощением энергии. , и он легко превращался в свободные объемы, когда температура приближалась к Tg. Вместо i-зон, когда кластеры были в значительной степени разделены сетками свободного объема, твердоаморфная структура переводилась в переохлажденное жидкое состояние, что приводило к резкому снижению прочности и резкому переходу пластичности от ограниченной пластической деформации к сверхпластичности.

Считалось, что атомное распределение жидкости при температуре выше ликвидуса случайно и равномерно. Однако с развитием различных методов обнаружения было обнаружено, что атомы в жидкости обладают ближним и средним порядком. Новый стеклообразный металл с дальнодействующим неупорядоченным расположением атомов — металлические стекла часто называли замороженной металлической жидкостью. Топологическая модель полностью неупорядоченного расположения атомов была характерна для модели атомного расположения аморфного сплава в течение длительного времени после открытия аморфного сплава1,2,3,4,5. Свободный объем означает разницу объемов между полностью неупорядоченным расположением атомов и упорядоченным расположением кристаллов. Доля свободных объемов часто определяется изменением объема аморфных сплавов до и после кристаллизации. Понятие свободного объема широко используется для объяснения физико-механических свойств металлических стекол6,7,8,9,10. Однако исследователи обнаружили, что металлические стекла, приготовленные при разных скоростях охлаждения, обладают разными механическими свойствами, а металлическое стекло, полученное при разных температурах жидкости, имеет разные термические свойства и представляет собой разный процесс кристаллизации, а это означает, что расположение атомов в замороженной металлической жидкости меняется. не полностью разупорядоченные, замороженные ткани при разных температурах должны иметь соответствующую упорядоченную структуру ближнего и среднего диапазона, меняющуюся со скоростью охлаждения11,12.

Металлические стекла демонстрируют чрезвычайно высокую прочность, близкую к теоретическому значению, и необычно большую упругую деформацию из-за их уникальной структурной особенности13,14,15. По сравнению с алюминиевыми, титановыми, медными сплавами и сталью прочность металлических стекол на основе Zr более чем в два раза превышает прочность нержавеющей стали Ti6Al4V и нержавеющей стали 17-4ss. Линейная упругая деформация идеально сохраняется до предела текучести, который более чем в два раза выше, чем у обычных сплавов. Хотя металлические стекла обладают чрезвычайно высокой механической прочностью и физическими свойствами, их макроскопическая пластичность очень низка. После большой линейной упругой деформации и достижения предела текучести металлическое стекло деформируется за счет сильно локализованного движения полосы сдвига16,17,18,19. Толщина полос сдвига составляет всего десятки нанометров. Несмотря на большую степень деформации в зоне сдвига, металлическое стекло разрушается только тогда, когда деформируются несколько или только одна зона сдвига, поэтому деформация пластичности, составляющая гораздо меньше 1%, часто оказывается разрушенной после достижения предел доходности20,21,22.

Понимание связи структура-свойство является фундаментальной целью изучения атомных структур. Важное значение имеет вопрос о том, как прояснить связь между структурными моделями и физико-механическими свойствами стеклообразных материалов23,24. Дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК) показала поглощение энергии 0,79 Вт/г во время стеклования. Тем не менее, когда металлическое стекло на основе Zr переходит в переохлажденное жидкое состояние из аморфного твердого тела при комнатной температуре, ему нужно лишь поглотить небольшую энергию, что сопровождается резким снижением прочности с 2000 до 70 МПа и большим изменением пластичности с ограниченного уровня. пластическая деформация до сверхпластичности. Как низкое поглощение энергии меняет атомную структуру BMG и придает механические свойства, подобные жидкости? Отношения структура-свойство связаны не только с геометрической упаковкой атомов, но и со свойствами связи между атомами, в которых длина связи является одним из наиболее важных факторов29,30.