Bulk metallic glass composites fabricated via high pressure torsion

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

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Abstract

Ziel der vorliegenden Arbeit war die Synthese metallischer Massivgläser (englisch: bulk metallic glass - BMG) und Komposite mit amorphen Phasenanteilen (englisch: bulk metallic glass composite - BMGC) mittels Hochdrucktorsion (englisch: high pressure torsion - HPT). Dafür wurden verschiedene Pulver (kristalline sowie amorphe) per Hand gemischt und anschließend direkt im HPT Werkzeug konsolidiert. Vorteile dieser Methode sind ihre hohe Flexibilität, die es erlaubt, die unterschiedlichsten Materialien in einem beliebigen Verhältnis zu mischen, und die Möglichkeit die aufgebrachte Dehnung und damit die Mikrostruktur einfach über die Anzahl der aufgebrachten Umdrehungen zu regulieren. Die mikrostrukturelle Entwicklung wurde mittels Rasterelektronenmikroskopie, Röntgenbeugung, Härtemessung und Transmissionselektronenmikroskopie untersucht. Für metallische Massivgläser ist ein kritischer Verformungsgrad notwendig, um die amorphen Pulverpartikel zu verschweißen und so ein dichtes Festmaterial zu erzeugen, wobei die notwendige Verformung auch von der verwendeten Legierung abhängt. Bei den Kompositen verursacht die Scherverformung des HPT-Prozesses eine lamellare Struktur, die mit ansteigender Verformung immer mehr verfeinert. Dadurch können Lamellendicken im Bereich von Mikro- bis Nanometer eingestellt werden. Sehr hohe Verformung führt zur Bildung einer Sättigungsstruktur, die bei den meisten untersuchten Kompositen aus einer einzigen amorphen Phase besteht. Diese wird durch Mischung der beiden Anfangsphasen gebildet. Die einzige Ausnahme war ein Komposit mit 80 m% Cu, hierbei bildete sich ein nanokristalliner übersättigter Mischkristall, in dem längliche amorphe Bänder eingebettet sind. Die mechanischen Eigenschaften wurden mit Nanoindentation, Mikropillardruckversuchen und Zugversuchen ermittelt. Das Einsetzen plastischer Verformung wurde anhand des Aktivierungsvolumens und der Aktivierungsenergie charakterisiert. Dafür wurde eine neue Analysemethode von Dehnratenwechselversuchen bei Nanoindentierung entwickelt, weil herkömmliche Methoden nur für kristalline Materialien gültig sind. Der Haupteinfluss auf die Scherbandbildung ist die Versuchstemperatur, während Herstellungsverfahren, Zusammensetzung, energetischer Zustand und selbst eine zweite Phase kaum Auswirkungen haben. Im Gegensatz dazu zeigen die Druckversuchen, dass eine zweite Phase die Scherbandausbreitung stark beeinflusst. Die Art des Materials, sowie seine Phasenabmessungen und Orientierung spielen nun entscheidende Rollen. Im Zuge dieser Arbeit wurden die Möglichkeiten der Herstellung von metallischen Massivgläsern und deren Kompositen mittels HPT untersucht und die mikrostrukturelle Entwicklung analysiert. Untersuchungen der mechanischen Eigenschaften zeigten, dass die Scherbandentstehung hauptsächlich von der homologen Temperatur abhängt, während die Scherbandausbreitung durch eine zweite Phase beeinflusst werden kann.

Details

Titel in ÜbersetzungSynthese metallischer Massivgläser mittels Hochdrucktorsion
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Pippan, Reinhard, Beurteiler A (intern)
  • Clemens, Helmut, Beurteiler B (intern)
StatusVeröffentlicht - 2018