Mecanismul la scară atomică pentru capacitatea sporită de formare a sticlei unei sticle

atomică

  • Subiecte
  • rezumat
  • Introducere
  • Rezultate
  • Discuţie
  • Metode
  • Informatie suplimentara
  • Documente Word
  • Informatie suplimentara
  • Comentarii

Subiecte

  • Ochelari
  • Inginerie Mecanică
  • Metale și aliaje
  • Structura solidelor și lichidelor.

rezumat

Se știe că capacitatea de formare a sticlei (GFA) a sticlei metalice în vrac (BMG) poate fi mult îmbunătățită prin adăugarea de elemente minore. Cu toate acestea, lipsesc dovezi directe pentru a-și dezvălui originea structurală, în ciuda diferitelor teorii propuse până acum. Prin analiza cu microscopie electronică cu transmisie de înaltă rezoluție (HRTEM), aici arătăm că conținutul comenzilor asemănătoare cristalelor crește semnificativ într-un BMG Cu-Zr-Al după o adăugare de 2 până la% Y. În contrast cu studiile de mai sus, rezultatele actuale indică faptul că formarea unei ordine asemănătoare cristalelor la scara atomică joacă un rol important în îmbunătățirea GFA a bazei BM-Cu-Zr-Al.

Introducere

Adaosurile de elemente minore (sau microaliajele) au fost utilizate pe scară largă în domeniile metalurgice, care sunt, de asemenea, cunoscute ca un mijloc eficient de îmbunătățire a capacității de formare a sticlei (GFA) a diferitelor lichide de formare a sticlei 1, 2, 3, 4, 5 6, 7. De exemplu, se știe că diametrul critic al tijelor de sticlă metalică Cu-Zr-Al este

3mm; cu toate acestea, poate fi mărit la 8 mm după adăugarea de doar 2-5% Y la sistemul de formare a sticlei 5. Deși adăugarea suplimentară de Y ar putea fi dăunătoare și ar putea reduce GFA, cu toate acestea, efectul benefic al microaliatiei a fost bine recunoscut și exploatat în topirea diferitelor sticle metalice în vrac (BMG) 5, 6, 7, 8, 9 .

Pentru a raționaliza efectul de microaliajare, au fost prezentate diferite teorii. De exemplu, s-a propus ca microaliajarea să poată elimina impuritățile de oxigen și astfel să suprime nucleația cristalină eterogenă în lichidele supercooled 5, 8, 9; sau că ar putea adapta compoziția sistemului în așa fel încât structura rezultată să poată aproxima o compoziție eutectică profundă, stabilizând astfel faza lichidă 5. În plus, s-a argumentat chiar că micro-aliajul poate introduce o tensiune la nivelul nivelul energiei atomice din sticla lichidă care se formează, astfel încât este afectată forța motrice termodinamică a precipitațiilor cristaline 7. În ciuda tuturor acestor teorii, originea structurală a efectului de micro-aliaj rămâne evazivă, în special la scară atomică.

În ultimii ani, structura atomică a lichidelor și paharelor metalice care formează sticlă a primit eforturi intense de cercetare, a căror concentrare a fost pusă pe înțelegerea fazei ordonate, cum ar fi ordinea pe termen scurt și mediu, în structuri amorfă. 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26. În general, s-a arătat că grupurile atomice ordonate cu tip icosaedric local 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 sau simetria cristalină 11, 12, 13 sunt de o mare importanță pentru comportamentul de vitrificare a lichidelor care formează metal. 25, 27, 28, 29. Prin urmare, este firesc să ne întrebăm dacă microaliajarea ar putea afecta aceste grupări atomice prin modificarea GFA a unui BMG dat. Răspunsul la întrebare ne poate lărgi înțelegerea originii structurale a efectului micro-aliaj, care stabilește scopul cercetării noastre actuale.

Rezultate

Figurile 1 (a) - (b) arată imaginile HRTEM ale Cu 46 Zr 47 - x Al 7 Y x (x = 0,2) BMG-urile distribuite. La prima vedere, ambele structuri amorfe arată similar și prezintă un model de labirint. Nu există o cristalizare globală așa cum se vede în imaginile HRTEM, ceea ce este în concordanță cu rezultatele XRD (vezi Materiale suplimentare). Cu toate acestea, merită menționat faptul că modelul de difracție a electronelor de zonă selectat (SAED) (inserție din Fig. 1b) obținut din BMG conținând Y prezintă un inel de halo ușor mai subțire decât cel al BMG fără Y (inserție din Fig. 1a), ceea ce implică că poate exista un grad crescând de ordonare structurală, deși încă într-o stare amorfă generală, după substituirea minoră a Zr cu elementul Y în BMG Cu-Zr-Al.

Imagine la dimensiune completă

O astfel de ordonare structurală indusă de micro-aliaje ar putea fi examinată în continuare în imagini HRTEM filtrate cu transformată Fourier rapidă (FFT). Figurile 2a și b prezintă imaginile filtrate FFT ale zonelor dreptunghiulare selectate în Fig. 1a - b (linie punctată), respectiv. Așa cum se vede în aceste imagini filtrate prin FFT (Fig. 2a-b), ambele probe conțin grupuri atomice asemănătoare cristalelor (marcate prin dreptunghiuri galbene), care au de obicei 1 până la 2 nm în mărime și se caracterizează printr-o reminiscență a modelului de franjuri locale. de o simetrie translationala. Rețineți că structurile atomice ordonate similare au fost identificate prin utilizarea HRTEM în diferite sticle metalice 12, 13, 30, 31 .