Az atomméretű mechanizmus az üveg fokozott üvegképző képességének biztosítására

üveg

  • Tárgyak
  • Összegzés
  • Bevezetés
  • Eredmények
  • Vita
  • Mód
  • Kiegészítő információk
  • Word dokumentumok
  • Kiegészítő információk
  • Hozzászólások

Tárgyak

  • Szemüveg
  • Gépipar
  • Fémek és ötvözetek
  • Szilárd anyagok és folyadékok szerkezete.

Összegzés

Ismeretes, hogy az ömlesztett fémüvegek (BMG) üvegképző képessége (GFA) kisebb elemkiegészítésekkel nagymértékben javítható. Strukturális eredetének feltárására azonban az eddigi különböző elméletek ellenére nincs közvetlen bizonyíték. Nagyfelbontású transzmissziós elektronmikroszkópos (HRTEM) elemzés segítségével itt megmutatjuk, hogy a helyi kristályszerű rendek tartalma jelentősen megnő egy Cu-Zr-Al BMG-ben 2% és Y% hozzáadása után. Ezzel szemben a fenti vizsgálatokkal a jelenlegi eredmények azt mutatják, hogy egy kristályszerű rend kialakulása az atomskálán fontos szerepet játszik a Cu-Zr-Al BMG bázis GFA-jának fokozásában.

Bevezetés

Kisebb elem-adalékokat (vagy mikroötvözeteket) széles körben alkalmaztak a kohászati ​​területeken, amelyek hatékony eszközként ismertek különböző üvegképző folyadékok 1, 2, 3, 4, 5 6 üvegképző képességének (GFA) fokozására is. 7. Például a Cu-Zr-Al fém üvegrudak kritikus átmérője ismert

3mm; azonban 8 mm-re növelhető, miután csak 2-5% Y-t adtak az üvegképző rendszerhez 5. Bár az Y további adagolása káros lehet és csökkentheti a GFA-t, a mikroötvözés jótékony hatását jól felismerték és kiaknázták a különféle ömlesztett fémüvegek (BMG) 5, 6, 7, 8, 9 olvasztásakor. .

A mikroötvözés hatásának ésszerűsítése érdekében különböző elméleteket terjesztettek elő. Például azt javasolták, hogy a mikroötvözés eltávolíthatja az oxigén szennyeződéseket, és ezáltal elnyomhatja a heterogén kristály magképződést az 5., 8., 9. sz. Túlhűtött folyadékokban; vagy hogy a rendszer összetételét úgy tudja adaptálni, hogy az így létrejövő szerkezet megközelíthesse a mély eutektikus összetételt, ezáltal stabilizálva az 5. folyékony fázist. Ezenkívül még azt is állították, hogy a mikroötvözet stresszt okozhat az atomenergia szintjén az alkotó folyékony üvegben úgy, hogy ez befolyásolja a kristály kicsapódásának termodinamikai hajtóerejét 7. Mindezen elméletek ellenére a mikroötvözet hatásának szerkezeti eredete továbbra is megfoghatatlan, különösen atomi léptékben.

Az elmúlt években az üvegképző fémes folyadékok és üvegek atomszerkezete intenzív kutatási erőfeszítéseket tett, amelyek középpontjában a rendezett fázis, például a rövid és közepes hatótávolságú sorrend megértése állt, amorf szerkezetekben. 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26. Általánosságban kimutatták, hogy a helyi ikozaéderes típusú 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 vagy a kristályos 11, 12, 13 szimmetriával rendelkező rendezett atomcsoportok nagy jelentőséggel bírnak a fémképző folyadékok üvegesítési viselkedése szempontjából. 25, 27, 28, 29. Ezért természetes, hogy vajon a mikroötvözetek befolyásolhatják-e ezeket az atomcsoportokat azáltal, hogy megváltoztatják egy adott BMG GFA-ját. A kérdésre adott válasz tágabbá teheti a mikroötvözet hatás strukturális eredetének megértését, amely megalapozza jelenlegi kutatásunk célját.

Eredmények

Az 1 (a) - (b) ábrák a Cu 46 Zr 47 - x Al 7 Y x (x = 0,2) öntött BMG-k HRTEM képeit mutatják. Első pillantásra mindkét amorf szerkezet hasonlónak tűnik, és labirintusmintázatot mutat. A HRTEM képeken látható globális kristályosodás nincs, ami összhangban van az XRD eredményeivel (lásd: Kiegészítő anyagok). Érdemes azonban megemlíteni, hogy az Y-t tartalmazó BMG-ből kapott kiválasztott területi elektron-diffrakciós minta (SAED) (az 1b. Ábra betétje) egy kissé vékonyabb halogéngyűrűt mutat, mint az Y nélküli BMG-je (az 1a. Ábra beillesztése), ami hogy a Zr kisebb mértékű helyettesítése a BMG Cu-Zr-Al Y elemével, bár még mindig általános amorf állapotban van, fokozódhat.

Teljes méretű kép

Az ilyen mikroötvözetek által kiváltott szerkezeti sorrendet tovább lehet vizsgálni gyors Fourier transzformációval (FFT) szűrt HRTEM képeken. A 2a. És b. Ábra az 1. ábrán kiválasztott téglalap alakú területek FFT-szűréssel ellátott képeit mutatja. 1a - b (szaggatott vonal), ill. Amint ezeken az FFT szűrt képeken látható (2a. - b. Ábrák), mindkét minta kristályszerű atomcsoportokat tartalmaz (sárga téglalapokkal jelölve), amelyek mérete általában 1-2 nm, és amelyeket a helyi peremminták felidézése jellemez. transzlációs szimmetria. Megjegyezzük, hogy hasonló rendezett atomszerkezeteket azonosítottak a HRTEM alkalmazásával különböző fémüvegekben 12, 13, 30, 31 .