Probing local atomic strain of metallic glasses with nanometer resolution using TEM diffraction mapping

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

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Abstract

In dieser Arbeit wird die Charakterisierung von metallischen Gläsern mittels Nanobeam-Elektronenbeugung (NBED), auch bekannt als vierdimensionale Rastertransmissionselektronenmikroskopie (4D STEM), unter Verwendung von Präzessions-Elektronenbeugung (PED) untersucht. Der Schwerpunkt liegt auf der Auswertung von Nanodiffraktionsdatensätzen durch Anpassung einer parametrischen Ellipsengleichung, die eine zweidimensionale Bestimmung lokaler elastischer Dehnungen, sowie eine Charakterisierung der Struktur und Zusammensetzung auf der Nanoskala ermöglicht. Es wird ein Einblick in die Implementierung des Anpassungsverfahrens, sowie in die Erfassung der Datensätze und die anschließenden Datenverarbeitungsschritte gegeben. Mit dem Ziel, die optimalen experimentellen Parameter und geeignete Auswerteeinstellungen zu bestimmen, wird an einer Cu-Zr-Al-Legierung aus massivem metallischem Glas (BMG) eine Studie durchgeführt, welche das Potenzial zur Abbildung intrinsischer struktureller Heterogenitäten von metallischen Gläsern (MG) aufzeigt. Die Methode wird auf ein mehrlagiges Co-Ta-B MG-Dünnschichtsystem angewandt und zeigt dabei eine räumliche Auflösung von wenigen Nanometern bei der Bestimmung elastischer Dehnungen und der Charakterisierung von Struktur und Zusammensetzung. Die Messungen ermöglichen neue Einblicke in die Dehnungsverteilung und Struktur an amorphen Grenzflächen. Zusätzlich wird ein nanomechanisches in-situ Experiment an einem Cu-Zr-Al BMG Biegebalken durchgeführt, bei dem 4D STEM Datensätze erfasst werden. Eine anschließende Auswertung ermöglicht die Bestimmung lokaler mehrachsiger elastischer Dehnungsverteilungen, die bei unterschiedlichen Biegebelastungen auftreten und den Verlauf der Spannungskonzentrationen an der Kerbposition der Probe zeigen. Die Auflösung mit der die lokalen elastischen Dehnungen, die Struktur und die Zusammensetzung von MGs charakterisiert werden können, bietet Möglichkeiten für die Materialoptimierung, beispielsweise durch den quantitativen Vergleich von gewonnenen Ergebnissen mit Simulationen.

Details

Titel in ÜbersetzungMessung der atomaren Spannungsverteilung von metallischen Gläsern im Nanometerbereich mittels ortsaufgelöster TEM Beugung
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
Datum der Bewilligung8 Apr. 2022
StatusVeröffentlicht - 2022