Ultrafine texture of Cu-Zr metallic glass microstructure

Abstract

This work is dedicated in the investigation of the fine details of the microstructure of Metallic Glasses. The study was conducted mainly by means of Molecular Dynamic Simulations on several compositions of Cu-Zr Bulk Metallic Glasses, in comparison with experimental data, revealing their properties dependency with the existence of several Icosahedral-like clusters._______________________________________The study comprises the exploration of the microstructure evolution under three different vitrification techniques; rapid quenching, thin film deposition and mechanical alloying. The Cu-Zr Metallic Glasses were analysed during every vitrification procedure and the formation of the Icosahedral-like clusters was investigated revealing their importance on the Glass Forming Ability of the Cu-Zr systems._____________________Furthermore, the Icosahedral-like clusters were found to be usually distorted and interpenetrated while when the stoichiometry of these nanostructures obeyed the system’s composition their size followed a sequence of magic numbers named therefore SuperClusters. It came out that these structural units embrace all the details of the microstructure of every system reflecting its ultrafine texture and thus, they can be considered as the basic structural units of the Metallic This work is dedicated in the investigation of the fine details of the microstructure of Metallic Glasses. The study was conducted mainly by means of Molecular Dynamic Simulations on several compositions of Cu-Zr Bulk Metallic Glasses, in comparison with experimental data, revealing their properties dependency with the existence of several Icosahedral-like clusters._______________________________________The study comprises the exploration of the microstructure evolution under three different vitrification techniques; rapid quenching, thin film deposition and mechanical alloying. The Cu-Zr Metallic Glasses were analysed during every vitrification procedure and the formation of the Icosahedral-like clusters was investigated revealing their importance on the Glass Forming Ability of the Cu-Zr systems._____________________Furthermore, the Icosahedral-like clusters were found to be usually distorted and interpenetrated while when the stoichiometry of these nanostructures obeyed the system’s composition their size followed a sequence of magic numbers named therefore SuperClusters. It came out that these structural units embrace all the details of the microstructure of every system reflecting its ultrafine texture and thus, they can be considered as the basic structural units of the Metallic

Η εργασία αυτή είναι αφιερωμένη στην υπέρλεπτη υφή της μικροδομής των μεταλλικών υάλων. Η μελέτη έγινε κυρίως με τη βοήθεια προσομοιώσεων Μοριακής Δυναμικής διαφόρων στοιχειομετριών Cu-Zr, σε σύγκριση με πειραματικά δεδομένα, αποκαλύπτοντας την εξάρτηση των ιδιοτήτων τους με την ύπαρξη πληθώρας νανοδομών Εικοσαεδρικού τύπου._______________________Η μελέτη συμπεριλαμβάνει τη διερεύνηση της εξέλιξης της μικροδομής κατά την υαλοποίηση με τρεις διαφορετικές τεχνικές˙ με γρήγορη ψύξη υγρού, με εναπόθεση αερίου και με μηχανική κραματοποίηση. Τα μεταλλικά γυαλιά Cu-Zr αναλύθηκαν κατά τη διάρκεια κάθε τεχνικής υαλοποίησης και διερευνήθηκε ο σχηματισμών των Εικοσαεδρικού τύπου νανοδομών αποκαλύπτοντας τον πολύ σημαντικό ρόλο τους ως προς την δυνατότητα υαλοποίησης των συστημάτων Cu-Zr.___________________________________________Επιπλέον, οι Εικοσαεδρικού τύπου νανοδομές βρέθηκαν να είναι συνήθως παραμορφωμένες και διεισδύοντες ενώ όταν η στοιχειομετρία αυτών των μικροδομών απαντούσε τη στοιχειομετρία του συστήματος το μέγεθος τους ακολουθούσε μία ακολουθία μαγικών αριθμών κι ονομάστηκαν ως Υπερσυσσωματώματα. Αποδείχθηκε ότι αυτές οι δομικές μομάδες εμπεριέχουν όλες τις λεπτομέρειες της μικροδομής του εκάστοτε συστήματος και μπορούν να θεωρούνται ως η βασική δομική μονάδα των Μεταλλικών Γυαλιών, αντανακλώντας τη Τάξη Μεσαίας Εμβέλειας. Τελικά, η δημιουργία και επαναδημιουργία των Εικοσαεδρικού τύπου νανοδομών και των Υπερσυσσωματωμάτων βρέθηκε να είναι ο τρόπος με τον οποίο το σύστημα απορροφάει την εξωτερικά εφαρμοζόμενη παραμόρφωση.__________________________Τα αποτελέσματα της παρούσας Διδακτορικής Διατριβής μπορούν να χρησιμοποιηθούν στο σχεδιασμό Μεταλλικών Γυαλιών κατάλληλων για πληθώρα τεχνολογικών εφαρμογών.