Tg 주변의 Zr55Cu35Al10 합금의 국부적인 원자 구조 연구

Jul 19, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 9207(2023) 이 기사 인용

측정항목 세부정보

고전적 분자동역학 시뮬레이션을 이용하여 유리전이온도(Tg) 부근의 Zr55Cu35Al10 합금의 구조를 조사한 결과, 적은 양의 에너지 흡수에도 불구하고 상호 연결 영역(i-zone)의 원자 결합이 느슨해짐이 입증되었습니다. , 온도가 Tg에 가까워지면 쉽게 자유 부피가 됩니다. i-zone 대신 클러스터가 자유 부피 네트워크에 의해 크게 분리되면 고체 비정질 구조가 과냉각 액체 상태로 변환되어 강도가 급격히 감소하고 제한된 소성 변형에서 초가소성으로 큰 소성 변화가 발생합니다.

액상선 이상의 온도에서 액체의 원자 분포는 무작위적이고 균일하다고 생각되었습니다. 그러나 다양한 검출 기술의 발달로 액체 내 원자가 단거리 및 중거리 질서를 나타내는 것으로 밝혀졌습니다. 장거리 무질서한 원자 배열을 갖는 새로운 유리질 금속 – 금속 유리는 종종 얼어붙은 금속 액체로 불립니다. 완전히 무질서한 원자 배열의 위상학적 모델은 비정질 합금 발견 이후 오랫동안 비정질 합금의 원자 배열 모델의 토큰이었습니다1,2,3,4,5. 자유부피란 원자의 완전히 무질서한 배열과 결정 형태의 규칙적인 배열 사이의 부피 차이를 의미합니다. 자유 부피의 비율은 종종 결정화 전후의 비정질 합금 부피 변화에 의해 결정됩니다. 자유 부피의 개념은 금속 유리6,7,8,9,10의 물리적, 기계적 특성을 설명하는 데 널리 사용됩니다. 그러나 연구자들은 서로 다른 냉각 속도로 준비된 금속 유리는 서로 다른 기계적 특성을 가지며, 서로 다른 액체 온도에서 준비된 금속 유리는 서로 다른 열적 특성을 가지며 서로 다른 결정화 과정을 나타냄을 발견했습니다. 이는 얼어붙은 금속 액체의 원자 배열이 다음과 같다는 것을 의미합니다. 완전히 무질서하지 않은 경우, 서로 다른 온도에서 동결된 조직은 냉각 속도에 따라 변화하는 상응하는 단거리 및 중거리 정렬 구조를 가져야 합니다.

금속 유리는 독특한 구조적 특징으로 인해 이론적 값에 가까운 매우 높은 강도와 ​​비정상적으로 큰 탄성 변형률을 나타냅니다. 알루미늄, 티타늄, 구리 합금 및 강철과 비교하여 Zr 기반 금속 유리의 강도는 Ti6Al4V 및 17-4ss 스테인레스강의 두 배 이상입니다. 선형 탄성 변형률은 일반 합금의 두 배 이상인 항복점까지 이상적으로 유지됩니다. 금속유리는 기계적 강도와 물리적 특성이 매우 높지만 거시적인 가소성은 매우 낮습니다. 큰 선형 탄성 변형이 발생하고 항복 한계에 도달한 후 금속 유리는 고도로 국부적인 전단 밴드 움직임에 의해 변형됩니다. 전단밴드의 두께는 수십 나노미터에 불과하다. 전단영역에서는 큰 변형이 있음에도 불구하고 금속유리는 여러 개 또는 하나의 전단영역이 변형되어야만 깨지기 때문에 1%에 훨씬 못 미치는 연성변형이 전단영역에 도달한 후에 깨지는 경우가 많다. 수율 제한20,21,22.

구조-물성 관계에 대한 이해는 원자 구조 연구의 기본 목표입니다. 유리 물질의 구조 모델과 물리적, 기계적 특성 간의 관계를 명확히 하는 방법이 중요합니다23,24. 시차 주사 열량계(DSC)는 유리 전이 동안 0.79W/g 에너지 흡수를 나타냈습니다. 그러나 Zr 기반 금속 유리가 상온에서 비정질 고체에서 과냉각 액체 상태로 변할 때 에너지 흡수가 거의 필요하지 않으며 강도가 2000MPa에서 70MPa로 급격히 감소하고 가소성 변화가 제한적입니다. 초가소성으로의 소성변형. 낮은 에너지 흡수는 BMG의 원자 구조를 어떻게 변화시키고 액체와 같은 기계적 특성을 가져오나요? 구조-특성 관계는 기하학적으로 원자 패킹뿐만 아니라 원자 간의 결합 특성과 관련이 있으며, 결합 길이는 가장 중요한 요소 중 하나입니다.