Determinación de la resistencia mecánica de metales de grano ultrafino

Resumen

El protocolo presentado aquí describe los experimentos radiales de alta presión diamante-yunque-célula y analiza los datos relacionados, que son esenciales para obtener la resistencia mecánica de los nanomateriales con un avance significativo en el enfoque tradicional.

Resumen

El fortalecimiento mecánico de los metales es el desafío de larga data y el tema popular de la ciencia de los materiales en las industrias y la academia. La dependencia del tamaño de la fuerza de los nanometales ha atraído mucho interés. Sin embargo, caracterizar la resistencia de los materiales a menor escala nanométrica ha sido un gran desafío porque las técnicas tradicionales ya no son efectivas y confiables, como la nanoindentación, la compresión micropilar, la tracción, etc. El protocolo actual emplea técnicas de difracción de rayos X (XRD) de células radiales de diamante-yunque (rDAC) para rastrear los cambios de tensión diferencial y determinar la resistencia de los metales ultrafinos. Se encuentra que las partículas de níquel ultrafinas tienen un límite elástico más significativo que las partículas más gruesas, y el fortalecimiento del tamaño del níquel continúa hasta 3 nm. Este hallazgo vital depende enormemente de técnicas de caracterización efectivas y confiables. Se espera que el método rDAC XRD desempeñe un papel importante en el estudio y la exploración de la mecánica de nanomateriales.

Introducción

La resistencia a la deformación plástica determina la resistencia de los materiales. La resistencia de los metales generalmente aumenta con la disminución del tamaño del grano. Este fenómeno de fortalecimiento del tamaño puede ser bien ilustrado por la teoría tradicional de la relación Hall-Petch desde el milímetro hasta el régimen^{submicrométrico 1,2}, que se basa en el mecanismo de deformación mediado por dislocación de metales de tamaño a granel, es decir, dislocaciones se acumulan en los límites de grano (GB) y dificultan sus movimientos, lo que lleva al fortalecimiento mecánico en metales ^3,4

Protocolo

1. Preparación de la muestra

1. Obtener polvo de níquel de 3 nm, 20 nm, 40 nm, 70 nm, 100 nm, 200 nm y 500 nm de fuentes comerciales (consulte la Tabla de materiales). La caracterización morfológica se muestra en la Figura 1.
2. Prepare partículas de níquel de 8 nm calentando partículas de níquel de 3 nm utilizando un hervidor de reacción (consulte la Tabla de materiales).
   1. Ponga ~ 20 ml de etanol absoluto y ~ 50 mg de polvo de níquel de 3 nm en el hervidor de reacción. NOTA: La solución completa no debe alcanzar ~ 70% del volumen de la tetera.
   2. Calentar el ....

Resultados

Bajo compresión hidrostática, las líneas de difracción de rayos X no enrolladas deben ser rectas, no curvas. Sin embargo, bajo presión no hidrostática, la curvatura (elipticidad de los anillos XRD, que se traduce en la no linealidad de las líneas trazadas a lo largo del ángulo azimutal) aumenta significativamente el níquel de grano ultrafino a presiones similares (Figura 4). A una presión similar, la tensión diferencial del níquel de tamaño 3 nm es la más alta. Los resultados de resistencia .......

Discusión

Las simulaciones computacionales se han empleado ampliamente para estudiar el efecto del tamaño de grano en la fuerza de los nanometales ^{5,6,16,17,27,42}. Se ha propuesto que las dislocaciones perfectas, las dislocaciones parciales y la deformación de GB desempeñan un papel decisivo en los mecanismos de deformación de los nano.......

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo

Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
20 nm Ni	Nanomaterialstore	SN1601	Inflamable
3 nm Ni	nanoComposix		Inflamable
40, 70, 100, 200, 500 nm Ni	US nano	US1120
Etanol			como la solución para hacer 8 nm Ni
isopropanol			como la solución para hacer 12 nm Ni
Boro amorfo polvo	alfa asear
Malla de cobre	Beijing Zhongjingkeyi Technology Co., Ltd.		Rejilla TEM
Pegamento epoxi Etanol
			limpio configuración experimental
Haz de iones enfocado	FEI
Corredera de vidrio Cinta
adhesiva	Scotch
Kapton	DuPont		Material de película de poliimida
Máquina perforadora	láser		ubicado en el laboratorio de alta presión de ALS
Sincrotrón monocromático Línea de haz de rayos X	12.2.2, fuente de luz avanzada (ALS), Laboratorio		Lawrence Berkeley Energía de rayos X: 25-30 keV
Microscopio óptico	Leica		para montar la junta y cargar muestras
Pt polvo thermofisher		38374
Hervidor de reacción	Xian Yichuang Co., Ltd.		50 mL
Papel			de malla 400 a malla 1000
Microscopía electrónica de transmisión	FEI		Titan G2 60-300
Placa de imagen bidimensional	ALS, BL 12.2.2		mar 345

absoluto inflamable absoluto Nacional de lija