Summary
Este artículo ofrece una breve descripción de los esfuerzos en curso en el laboratorio de investigación del ejército sobre el procesamiento de metales nanocristalinos de bulto con énfasis en las metodologías utilizadas para la producción de las novela polvos de metal.
Abstract
Dado su potencial para mejoras de la propiedad significativa en comparación con sus contrapartes de granos grandes, mucho trabajo se ha dedicado al desarrollo continuo de metales nanocristalinos. A pesar de estos esfuerzos, la transición de estos materiales de la mesa de laboratorio para aplicaciones reales ha sido bloqueada por la incapacidad para producir piezas a gran escala que mantienen las microestructuras nanocristalinos deseada. Tras el desarrollo de un método probado para estabilizar la estructura del grano de combinar a temperaturas acerca del punto de fusión del metal dada, el laboratorio de investigación de ejército de Estados Unidos (ARL) ha avanzado a la siguiente etapa en el desarrollo de estos materiales - es decir, la producción de piezas de gran escala convenientes para prueba y evaluación en una gama de entornos de prueba pertinentes. Este informe proporciona un panorama amplio de los esfuerzos en el procesamiento, caracterización y consolidación de estos materiales en el ARL. En particular, se centra en la metodología utilizada para la producción de los polvos de metal Nanocristalino, en cantidades pequeñas y a gran escala, que están en el centro de los esfuerzos de investigación en curso.
Introduction
Metales nanocristalinos preparados por aleación mecánica de alta energía se han demostrado para exhibir fuerza mecánica superior en comparación con sus contrapartes de grano grueso. Sin embargo, como dictada por principios termodinámicos, nanocristalina microestructuras están sujetos a grano aspereza a temperaturas elevadas. Como tal, procesamiento y aplicaciones de estos materiales está actualmente limitada por la capacidad para crear microestructuras estabilizadas en forma masiva. Dado el potencial de estos materiales, se persiguen dos métodos primarios en un esfuerzo por desarrollar estos sistemas. La primera, basada en un enfoque cinético, utiliza varios mecanismos para aplicar una fuerza de fijación de los límites de grano (GBs) con el fin de evitar el crecimiento de grano. Mecanismos típicos emplean para pin que la EGB es fases secundarias (Zener de clavos)1,2,3 o soluto arrastre efectos4,5. El segundo método, basado en un enfoque de la termodinámica, suprime el crecimiento del grano al reducir la energía libre de GB a través de átomos de soluto repartir a GBs6,7,8,9, 10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16.
Como el primer paso para el desarrollo de aleaciones con una microestructura nanograined, se estableció la comprensión fundamental en principios termodinámicos y cinéticos que rigen el crecimiento de grano y estabilidad microestructural en las temperaturas elevadas. Ciencia computacional de materiales también fue utilizada para guiar el desarrollo de la aleación. Con estas ideas, un montón de pequeña escala de varios polvos de aleación fueron producido con alta energía de fresado y evaluados para una amplia gama de propiedades físicas y mecánicas. Para los sistemas más prometedores, técnicas avanzadas de caracterización fueron desarrolladas para unir totalmente la microestructura de los polvos a las propiedades observadas y rendimiento.
Al mismo tiempo, se adquirió la infraestructura y equipos necesarios para producir componentes a granel de los polvos nanocristalinos. Una vez que este equipo estaba en el lugar, la ciencia de la transformación necesaria para consolidar plenamente materiales a granel de los polvos de la aleación fue desarrollada a través de una serie de experimentos a pequeña escala. Una vez que las muestras a granel estaban disponibles, se realizaron una serie de experimentos para entender la respuesta mecánica de estos materiales en una amplia gama de condiciones (tales como fatiga, fluencia, tarifa de alta tensión, etcetera). Los conocimientos adquiridos de estos experimentos se ha utilizado para desarrollar espacios de posible aplicación que permitirán la comercialización de las aleaciones de nanocristalinos de estabilizado a granel.
Colectivamente, cumpliendo estas tareas ha conducido al desarrollo dentro de laboratorio de investigación del ejército de Estados Unidos (ARL) de un centro de investigación de metales nanocristalinos de 4 laboratorios principales. Este laboratorio complejo representa una inversión total de 20 millones de dólares y es el único que abarca aspectos de la ciencia fundamental, aplicada y manufactura. El propósito principal de estos laboratorios es ideas de prueba de concepto de transición a nivel piloto y la fabricación. De esta manera, se prevé que los laboratorios permiten la producción de piezas prototipo, desarrollar el know how necesario y ciencia para el escalado-para arriba proceso de fabricación y permiten los vínculos internos, así como institutos de investigación externos o socios industriales a través de la comercialización y la transición de esta tecnología de avanzada en polvo.
Como se indicó anteriormente, el primer paso es identificar, producir y evaluar rápidamente nuevos prototipos de aleación tanto viabilidad de síntesis y fabricación en piezas prototipo. Para lograr esto, se han construido varios molinos de coctelera de energía único, diseñado con la capacidad para procesar polvos sobre una amplia gama de temperaturas de-196 ° C a 200 ° C. Como su nombre indica, estos molinos producen aproximadamente 10-20 g de polvos finos a través de la acción de agitación violenta que causa impactos repetitivos entre polvo y pulido de los medios de comunicación para producir polvos en la que cada partícula tiene una composición proporcionalmente a la comienzo de la mezcla de polvo elemental. Mientras que es conveniente para la detección rápida de polvos, molinos de este tipo no son claramente convenientes para la producción de polvo en escala industrial (cerca) (e.g., kilogramos).
Dada la necesidad de producir polvo en grandes cantidades y en como continua un proceso como sea posible, una búsqueda fue realizada para identificar los equipos y métodos potencialmente viables. Molinos planetarios de bolas utilizan un disco de apoyo que rota en la dirección opuesta de los viales orientadas verticalmente, dando por resultado la reducción de tamaño de partícula debido a la molienda y colisiones causadas por fuerzas centrífugas. Muchos tamaños para más gama de Molinos planetarios hasta aproximadamente 2 kg. A diferencia de los molinos convencionales, molinos attritor consiste en una serie de hélices dentro de un tambor vertical. La rotación de los impulsores de provocar el movimiento de los medios de pulido, resultando en reducción de tamaño de partícula a través de colisiones entre polvo, bolas y los impulsores. Molinos attritor más grandes son capaces de producir más de 200 kg por carrera. Aunque ambos de estos molinos ofrecen incrementos significativos en tamaños de lote en relación con los molinos de la coctelera, ellos no son capaces de ejecutar de manera continua sino deben ser cargados y descargados manualmente para cada serie.
Debido a estas deficiencias, atención cambió de puesto a una serie de alta energía, molinos de bolas rotatorio horizontal. Capaz de procesar hasta 200 kg por batch, estos molinos son también capaces de funcionamiento en atmósferas inertes, así como vacío. Por último, la cámara de molienda ha sido diseñada con una bolsa de aire que permite la eliminación rápida y automatizada de polvo una vez finalizado el proceso de beneficiado. Combinado con un sistema de inyección de polvo automático, esto significa que el molino de bola es capaz de ejecutar de forma bastante continua, lo que un sistema altamente viable para entornos industriales. Debido a estas combinación de características, ARL tiene recientemente adquiridos e instalados dos molinos y ahora participa en el mejoramiento de esfuerzos de procesamiento interno en polvo.
Mientras que los esfuerzos de procesamiento de polvo representan un aspecto central de los esfuerzos en curso, la caracterización y consolidación de los polvos más prometedores de la aleación también son áreas de investigación. De hecho, como se detalla a continuación, ARL que ha realizado inversiones notables en el requisito analítico y equipo necesario para evaluar plenamente las características clave de los polvos nuevos de prueba. Además, exitosa consolidación de muestras ahora permite la escala convencional de pruebas mecánicas y caracterización (e.g., tensión, fatiga, fluencia, choque y evaluación balística) de estos materiales que normalmente no ha sido posible para esta clase de material. Este artículo informa de los protocolos utilizados en el ARL para síntesis inicial, ampliación, consolidación y caracterización de granel nanocristalinos metales y aleaciones.
Los dos principales laboratorios para síntesis de polvo pueden verse en la figura 1. Figura 1A muestra el polvo en pequeña escala, procesamiento de laboratorio que permite el rápido desarrollo de conceptos y diseño de la aleación. Este laboratorio contiene varios molinos diseñados de alta energía con la capacidad de proceso de polvos en un rango de temperaturas (temperatura a 400 ° C) y 10 a-196 ° C. El laboratorio contiene también un horno de tubo horizontal personalizado diseñado para la rápida evaluación de la estabilidad termal y microestructural (e.g., estudios de crecimiento de grano) de nuevas aleaciones metálicas. Por último, el laboratorio también alberga varias configuraciones de única prueba mecánica en pequeña escala, incluyendo tensión, Golpe cortante y fluencia de impresión pruebas de dispositivos, así como un estado de la técnica instrumentada nano-penetrador. Una vez comprobado y demostrado promesa, aleaciones seleccionadas se mueven al laboratorio de procesamiento de gran escala (figura 1B), donde se desarrollan la ingeniería y la fabricación de protocolos para permitir la gran escala (por ej., kilogramo) producción de la polvo específico. En total, los laboratorios representan una inversión total del orden de USD 2 millones y cubre la transición de la novela polvos de metal de la mesa de laboratorio a nivel piloto de fabricación, permitiendo la fabricación de piezas prototipo.
Molienda mecánica de alta energía bola aleación es un proceso versátil para la producción de metales nanocristalinos y aleaciones en forma de polvo17. A partir de polvos de granos gruesos (grano típicamente media tamaño ~ 5-10 μm), es posible obtener polvos nanocristalinos con tamaño de grano promedio < 100 nm después de moler. Esta molienda se realiza rutinariamente en un Molino vibratorio shaker. El frasco de fresado se llena con la cantidad deseada de polvo, así como bolas de molienda, normalmente de acero inoxidable. Este molino agita los frascos en un movimiento que implica hacia adelante y hacia atrás las oscilaciones con movimientos laterales cortos a una velocidad de aproximadamente 1080 ciclos min-1. Con cada movimiento complejo las bolas chocan uno con el otro, impacto contra la parte interior de la cubeta y la tapa y al mismo tiempo reducen el polvo al tamaño más fino. La energía cinética impartida en el polvo es igual a la mitad la masa veces el cuadrado de la velocidad media (19 m s-1) de los cojinetes. La potencia del molino, por ejemplo. la energía entregada por unidad de tiempo, aumenta con la frecuencia del molino (15-26 Hz). Tomando el número típico de bolas y la frecuencia más baja para un período dado 20 h, el número total de impactos supera los 1,5 millones. Durante estos impactos el polvo sufre fracturas repetidas y cold-welding hasta el punto donde se mezclan los componentes a nivel atómico. Microscópicamente esta mezcla y el refinamiento de la microestructura es facilitada por la deformación localizada en forma de bandas de cizalla así como una alta densidad de dislocaciones y defectos de punto que rompe la microestructura. Finalmente, como el calor de la colisión eleva la temperatura local, recombinación y a la aniquilación de estos defectos se produce en un estado estacionario con su generación. El defecto aunque estructuras eventualmente, reorganización, resultado en la formación de granos de equiaxed del ángulo más pequeño y más alto. Por lo tanto, molienda de bolas es un proceso que induce la deformación plástica severa que se manifiesta por la presencia de una alta densidad de defectos. Este proceso permite mayor difusividad de elementos solutos y el refinamiento y la dispersión de fases secundarias y el general nanoestructuración de la microestructura.
Cryomilling de alta energía es un proceso de molienda similar para molienda de bolas de alta energía excepto por el hecho de que el frasco de fresado se mantiene a temperatura criogénica durante el proceso de beneficiado. Para lograr una temperatura uniforme en el frasco, el molino ha sido modificado como sigue. El frasco de la molienda se coloca primero dentro de una funda de teflón que luego se sella con un tapón de teflón. El manga está conectada a un dewar con el cryogen adecuado (nitrógeno líquido (LN2) o argón líquido (LAr)) a través de acero inoxidable y tubo de plástico. El criogénico fluye a través de la manga durante todo el proceso de molienda para enfriar el frasco de fresado y mantener el frasco de fresado en la temperatura de ebullición del cryogen, tales como de-196 ° c C LN2 y-186 de LAr. Las bajas temperaturas de procesamiento criogénico conducen a la fragmentación creciente de los metales más dúctiles que de otra manera no puede ser molida a temperatura ambiente. Además, las temperaturas criogénicas reducen procesos termal activados difusionales como crecimiento de grano y separación de fases lo que permite mayor refinamiento de la microestructura y solubilidad de las especies elementales insolubles.
El molino de bola rotatoria horizontal de alta energía es una energía alta, sistema que consiste en un frasco de fresado horizontal de acero inoxidable con un rotor de alta velocidad con varias hojas fijadas en un eje de fresado. El polvo para fresar se transfiere dentro del frasco junto con las bolas de molienda. Movimiento de las bolas y polvo se consigue mediante la rotación del eje dentro del frasco. El eje gira a alta velocidad y las bolas de acero fresado chocan, aceleran y transfieren su energía cinética a los polvos. El rango de rpm es de 100-1000 y el promedio de la velocidad de las bolas es 14 m s-1. En particular, molinos están equipados para operar en un rango de temperatura (-30 ° C a 200 ° C alta) de fresado y se pueden ejecutar bajo vacío (mTorr) o en modo de presión (1500 Torr) (utilizando varios tipos de gas de la cubierta). Además de la unidad base, el molino está equipado con una unidad de descarga de gas portador así como montajes de conexión que permite la carga y descarga de polvo bajo cubierta de gas inerte. Este aparato puede verse en la figura 2A , junto con una típica 8 L de acero fresado frasco (figura 2B). Además el molino más grande, ARL ha adquirido un molino más pequeño que ha sido convertido para funcionar bajo nitrógeno líquido (figura 2). Este molino puede producir entre 100-400 g de polvo procesado por ciclo.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. pequeña escala síntesis de polvos nanocristalinos en condiciones ambientales
- En una caja de guante de atmósfera controlada de argón, coloque 10 g del elemento primario (por ej., Fe en FeNiZr de aleación) y 100 g de acero inoxidable/del acero de herramienta fresadora bolas en el recipiente de molienda deseada.
Nota: La carga de polvo en frasco dentro de una caja de guante de fresado es necesario para asegurar la mínima absorción de oxígeno o humedad contenido 18,19. - Después de cargar, sellar el tarro y saque de la caja de guante. Después del retiro, asegurar ese frasco se sella completamente y cargar en la máquina de molienda adecuado.
- Después de realizar un h 1 ciclo de fresado, retire el frasco y la transferencia nuevamente dentro de la guantera llena de argón.
Nota: Este corto corre sirve para recubrir todas las superficies con el elemento primario, ayudando así a reducir la transferencia de contaminantes de la molienda de tarro y los medios de comunicación a la aleación se producen. - Para sintetizar los polvos de aleación, añadir un total de 10 g de polvos elementales en la proporción deseada a la jarra de fresado a cubierto dentro de la caja de guante. Añada la cantidad necesaria de sólo cubrió molienda bolas a la jarra que existe una relación 10:1 de la masa de las bolas de masa de polvo. La tapa debe ser colocada y apretada en la jarra de fresa antes de sacarlo de la caja de guante. Después del retiro, además de apriete de la tapa debe realizarse usando una llave y un tornillo de banco.
- Coloque el frasco en el molino de la coctelera de alta energía y fresado iniciar (normalmente sobre la orden de 20 h). Una vez finalizada la molienda, sacar la cubeta y transferirlo a la caja de guante. Con cuidado retire la tapa y transferir el polvo molido al frasco de muestra deseada para el almacenamiento.
Nota: Un molino de coctelera típica de alta energía en aleación mecánica se muestra en la Figura 3A. Un esquema que muestra cuanta energía resultados en materiales nanocristalinos de fresado se muestra en la figura 3B, con una imagen que muestra un tamaño medio de partícula final entre 10 y 500 μm se muestra en la figura 3.
2. pequeña escala síntesis de polvos nanocristalinos en condiciones criogénicas
- Realizar el recubrimiento para fresado jar y bolas como se describe en los pasos 1.1-1.3.
- En atmósfera controlada de guantera, llenar jarra con la cantidad deseada de polvos elementales de fresado y fresado de los medios de comunicación. Después de apretar el frasco, retire la guantera.
- Coloque la jarra de fresa dentro de una manga de teflón y tapón, que se coloca en la mordaza de la fábrica de la coctelera de alta energía.
- Abra al dewar con el criógeno y permitir el flujo por unos 30 min para que la jarra de fresa ha alcanzado la temperatura deseada (-196 ° C para el nitrógeno líquido y-186 ° C para el argón líquido).
- Al llegar a equilibrio, iniciar la operación de fresado hasta alcanzar el tiempo deseado. Al finalizar, cierre al dewar, cuidadosamente retire la jarra de fresa de la manga y colocar delante de un secador a temperatura ambiente.
- Una vez que la jarra de fresa llega a temperatura ambiente, transferir dentro de la guantera de atmósfera controlada. Cuidadosamente abra la jarra de fresa y transferir el polvo al frasco de almacenamiento deseado.
Nota: Una imagen de la alta energía coctelera molino adaptado para el uso a temperaturas criogénicas se muestra en la Figura 4A. Se muestra en la Figura 4B es un frasco fresa inmediatamente después de que se ha quitado de una operación de cryomilling. Figura 4 proporciona una idea de la cantidad de molienda bolas usadas típicamente en una operación de tratamiento.
3. gran escala síntesis de polvos nanocristalinos
- Cargar los polvos de aleación elementales requeridos en un frasco de vidrio dentro de una caja de guante del argón, sello y retire.
- Después de instalar el recipiente en el molino de bola rotatoria horizontal alta energía, carga aproximadamente 1 kg de rodamientos de bolas de acero inoxidable de 440 C en un vaso de 8 L de acero inoxidable dentro de una camisa de enfriamiento.
Nota: Imágenes de las distintas partes del molino de bola rotatoria horizontal de alta energía se muestran en la figura 5. - Conecte la línea de gas de argón y las líneas de refrigerante al vaso. Espalda-llenar y purgar el recipiente con el gas argón para eliminar el aire.
- Utilizando una válvula de bola doble, transferir los polvos elementales de aleación en el recipiente de molienda y luego cierre la válvula para sellar la cámara.
- Conecte el sistema de extracción de polvo a la nave de molienda y luego back-fill y purgar el sistema de extracción con gas argón para eliminar el aire.
- Inicio flujo de glicol de etileno a-25 ° C a través de la cubierta exterior del barco.
- Comenzar el proceso de molienda de hasta 1 kg de polvos elementales para la cantidad deseada de tiempo (típicamente 12-30 h) utilizando energía de rotación de 400-800 rpm. Al finalizar la molienda, transferir los polvos a un frasco bajo atmósfera de argón. Tienda la jarra en un argón había llenado caja de guante.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Se producen aproximadamente 10 g de polvo por cada serie en el molino de la coctelera de alta energía. Después de la exitosa síntesis de nanocrystalline nuevos metales y aleaciones en molino de la coctelera de alta energía, escala-para arriba se lleva a cabo en un molino de bolas rotatorio horizontal de alta energía.
Por lo general, se generan polvos nanoestructurados usando procesos, en donde el tamaño de grano de una pequeña cantidad de polvo es refinado, de molienda de alta energía aproximadamente 10 g por lote. Esto es satisfactorio a pequeña escala de prueba de concepto. Sin embargo, existe una necesidad de mayor fresado aparatos que pueden hacer lo mismo pero producen cantidades más grandes. Cantidades significativas de los polvos permiten la fabricación de piezas a granel que, a su vez, puede ser probado a una escala de tamaño relevante apropiada para aplicaciones específicas del ejército.
En una escala pequeña de 5 a 10 g, se puede lograr con relativa facilidad en un molino de agitador de laboratorio de investigación en pequeña escala la energía impartida a un polvo grueso. La energía translacional impartida por las bolas provoca la ruptura de las partículas, dando por resultado un polvo de grano ultrafino masa. La escala de esta metodología de tamaño de gramo a kilogramo (1000 g) lotes implica la escala dimensional de los tarros de fresado y asociados aparato, que es complejo porque, al mismo tiempo, la energía impartida debe ampliarse así. En este contexto, el molino de bola rotatoria horizontal de alta energía puede crear el sub de la nano-escala única características estructurales (por ej., corto y largo alcance estructuras ordenadas, punto de defectos, racimos atómicos, fallas de apilamientos, precipitados, dispersiones, características amorfas) que difundir estos materiales con la mejora dramática en las propiedades en un tiempo aceptable con contaminación mínima20,21.
En un sistema de componentes dos elemento, figura 6, los resultados del proceso de molienda en una serie de impactos repetidos que provocan las partículas del polvo para soldadura "frío" junto a través de la deformación plástica, la fractura y luego protuberencias durante toda la duración de la molienda. As a result, una variedad de microestructuras finales son posibles: 1) una matriz de nanocristalinos de límite de grano segregación social de los átomos de la fase secundaria, 2) una solución sólida sobresaturada de ambos componentes, 3) una matriz de nanocristalinos de límite de grano segregación social de los átomos de la fase secundaria que coexiste con una solución sólida sobresaturada de dos, 4) un compuesto nanoestructurado de las dos fases, 5) una super saturado solución sólida con grandes dispersiones de la segunda fase y 6) una combinación incluyendo todo lo anterior. En general, la microestructura es nanocristalino con un tamaño de partícula de polvo promedio entre 10 y 500 μm (figura 3). Es importante tener en cuenta que el tamaño de partícula final depende fuertemente de la temperatura de molienda, tiempo, energía y características/propiedades físicas de los componentes individuales. El tamaño de grano promedio producido típicamente escalas inversamente con la temperatura de fusión de la aleación pero depende de las condiciones de molienda y el grado de aleación producidos. El tamaño de grano promedio típico producido por molienda de alta energía es menos de 50 nm. Sin embargo, el tamaño de grano mínimo alcanzado puede ser por debajo de 5 nm o incluso en algunos casos puede llegar al límite amorfo. Como resultado el tamaño de grano pequeño, existe una fracción de volumen significativo de límites de grano y ensambladuras triples. Por lo tanto, aleaciones y metales nanocristalinos han alterado las respuestas físicas a la temperatura y deformación. Es decir, los metales tienen problemas relacionados con estabilidad térmica que limita técnicas así como aplicaciones a moderar y a veces bajas temperaturas. Estos obstáculos pueden superarse por la manipulación de la interfaz entre los granos nanocristalinos por dopaje con solutos. Como se mencionó anteriormente, el dopant puede tomar la forma de segregación de soluto o partículas discretas o una combinación de éstos y puede detener granos crecimiento incluso a temperaturas muy altas, lo que permite integración con temperatura alta forja sin pérdida de la propiedades mecánicas ventajosas.
El paso inicial en la caracterización de polvos aleados mecánicamente es observar la morfología del polvo suelto usando un microscopio electrónico de barrido (SEM). Este paso se realiza para determinar si las partículas individuales que componen el polvo muestran un cambio en la morfología, por ejemplo, de una morfología de la placa-como en tiempos de fresado corto a una forma más esférica después de prolongado fresado veces. A continuación, una pequeña cantidad del polvo molido como se presiona a 3 GPa pactos de 3 mm verde que posteriormente son montados en epoxi y pulido. Los pasos de pulido utilizados son dependientes de la muestra. Sin embargo, un paso de pulido final de 1 μm o más fina es necesario para lograr el acabado necesario para la observación de la SEM. Puliendo los pactos para un pulido final de una micra, se pueden tomar imágenes de electrones detrás-dispersados que muestran la distribución de los elementos solutos en función del tiempo de molienda. Proyección de imagen usando electrones detrás-dispersados es la técnica preferida ya que el contraste se basa en el número atómico. Como resultado, las áreas con altas cantidades del elemento más pesado en una aleación se muestran más brillantes. Estas imágenes así como los datos de difracción de rayos x pueden proporcionar la penetración en cuanto a cuando el soluto completamente entra en solución sólida, así como la cantidad máxima de soluto que se puede poner en solución sólida.
En general, los granos individuales son demasiado finos resolver utilizando sólo el SEM. En consecuencia, la microscopia electrónica de transmisión (TEM) es necesaria para resolver los granos individuales dentro de un polvo mecánicamente aleado. Preparación de muestras TEM depende de si el polvo de la aleación se ha consolidado en una denso, muestra a granel o no. Si el polvo no es una muestra consolidada a granel, un doble haz centrado de haz de iones (FIB) / microscopio electrónico de barrido (SEM) se utiliza para extracción y delgada en una laminilla de la muestra a electrón transparencia22. La laminilla puede tomarse de una partícula única, suelta o de un espécimen pulido de SEM (3mm compact) donde la sección transversal de las partículas individuales están expuestos. Para las muestras a granel, un disco de 3 mm de diámetro se perfora hacia fuera usando un golpe de disco. El disco de 3 mm luego se muele hasta aproximadamente 100 μm. A continuación, un molino de hoyuelo se utiliza para crear un hoyuelo en el centro del disco. Idealmente, el espesor en la parte inferior de la muesca es menos de 10 μm. Una vez que se alcanza la profundidad deseada del hoyuelo, la muestra es molido hasta transparente del electrón.
El análisis TEM se realiza a 200 keV utilizando un microscopio equipado con transmisión microscopio electrónico ((S) TEM) capacidades de escaneo. Los autores han utilizado TEM estándar y técnica de imagen basada en la madre dependiendo de las características microestructurales están investigadas. Dicho esto, los autores han encontrado campo brillante tallo y tallo alto ángulo anular oscuro campo (HAADF) como dos técnicas muy poderosas. Campo brillante de vástago se ha utilizado con enorme éxito en la proyección de imagen/resolución de granos en grandes zonas de una muestra mientras al mismo tiempo, destacando la presencia de racimos de partículas y gemelos. El contraste generado en una imagen de la madre-HAADF está basado en z-contrast, es decir. número atómico de los elementos presentes en una muestra, que es una manera poderosa para profundizar en la química relativa de diferentes características microestructurales. Figura 7A es una imagen de campo claro de vástago de un Cu-10Ta (at.%) muestra igual canal angular extruido (E.C.A.E) a 900 ° C para los granos a resolverse claramente sobre aproximadamente 1,5 μm2 área. Dentro de esta imagen, más o menos cincuenta granos se puede medir por su tamaño de grano. Así, tomando varias imágenes de aumento equivalente permite estadísticas de tamaño de grano que se determinará e histogramas generados. Figura 7B es una imagen de la madre-HAADF tomada de la misma área de la muestra y distingue claramente la alta densidad numérica de partículas Ta así como la variedad de sus tamaños. Esta imagen puede utilizarse de una manera similar como la imagen de campo claro, pero esta vez para medir el tamaño de partícula Ta permitiendo un histograma destacando la distribución de tamaño de partículas que se generen. 7 figuras y 7 figuras son campo brillante madre y HAADF imágenes tomadas de una muestra de Cu-10Ta (at.%) E.C.A.E procesan a 700 ° C muestra una partícula más grande de la Ta (~ 40 nm de diámetro) rodeado por numerosos otros Ta partículas de diámetro de aproximadamente 5 a 20 nm. La partícula Ta más grande también tiene una característica única de microestructural presentes con una cáscara parcial formada alrededor de su mitad inferior.
Análisis de (APT) la tomografía átomo sonda se realizan para entender aún más las características clave de los polvos (figura 8A). Figura 8B muestra los dos puertos de visualización utilizados para maniobrar las muestras desde el carrusel provisional a la cámara de análisis. Figura 8 muestra la cámara de bloqueo y tampón de carga con la compuerta que separa las dos cámaras en el sistema de sonda atómica. El bloqueo de carga es donde se cargan las muestras nuevas y muestras antiguas se eliminan. La cámara de amortiguamiento alberga muestras que están en espera de examen en la cámara de análisis.
Antes de muestras/puntas de prueba del átomo puede ser colocados en la cámara, las puntas son levantado-hacia fuera en el poste prefabricado de Si luego annularly molido utilizando una doble viga de SEM/FIB. La columna de iones generalmente se opera a una corriente de haz de 30 keV durante todo el procedimiento y sólo se redujo a 5 keV en el paso final de limpieza para minimizar la implantación de ion de Ga en la punta final antes de realizar el análisis. La corriente de la viga usada varía ampliamente dependiendo de la facilidad con que los molinos de material. Los autores han utilizado el modo voltaje y láser para el funcionamiento de diferentes sistemas de materiales nanocristalinos. Modo de voltaje se utiliza cuando un espécimen es altamente conductivo y tiene una baja propensión a la fractura durante el funcionamiento, mientras que el modo laser se emplea para materiales no conductores o los ejemplares con una alta propensión a la fractura en modo de tensión. Los datos de sonda átomo recogidos entonces es analizados mediante un paquete de software apropiado. La punta de prueba del átomo se ha empleado para cuantificar el número de alta densidad de partículas de Ta presentes en Cu-10Ta 23, que son la clave para las características excepcionales de este material a temperaturas elevadas 24. Además, en las investigaciones en curso, esta herramienta ha identificado la presencia de partículas de2 WO en aleación de NiW galvanizada (Figura 9A). Figura 9B muestra la presencia de partículas de Na dentro de la punta de prueba del átomo. Figura 9 muestra el WO2 y Na partículas al mismo tiempo. Figura 9 es un espectro de masas de iones con una masa para cargar cociente del estado de 0 a 19 Daltons (Da). Identificación y cuantificación de la segregación de la WO2 y partículas de Na a este nivel no son posible a través de cualquier otra técnica de análisis. Así, caracterización mediante SEM, TEM y APT es esencial para comprender cabalmente la microestructura y mecanismos en juegan en polvos nanocristalinos mecánicamente aleados.
Una vez que se apreciar la estabilidad térmica y resistencia de los polvos de combinar, se hizo evidente que un polvo convencional procesamiento método como prensado uniaxial y sinterización, aunque factible, no era un método preferido. Un método que ofrece que la combinación de temperatura y un esfuerzo de cizalla aplicado era necesaria para asegurar el completa densificación del polvo compacta. Como resultado, se exploró el uso de extrusión angular canal igual (E.C.A.E) como un método de procesamiento. En este método, un tocho - en forma de barra o de placa - se somete a un estado puro de cizalla como saca a través de un canal en forma de L25,26,27. Como el tocho no experimenta un cambio significativo en las dimensiones durante el proceso de extrusión, puede ser sometido a varias pasadas hasta la cantidad deseada de corte (y por refinamiento microestructural extensión) ha sido impartida. Finalmente, el billete puede ser rotado entre cada pasada para generar el grado deseado de textura en la parte final. Como resultado, es posible lograr una extrusión final significativamente refinada microestructura y textura deseada. Un esquema y un billete parcialmente extruido que muestra el dramático cambio en el tamaño de grano y orientación en la parte extruida en relación a la pieza procesada no se muestran en la figura 10A y figura 10B, respectivamente.
El laboratorio de investigación del ejército de Estados Unidos ha utilizado activamente E.C.A.E procesamiento en numerosos esfuerzos durante la última década. La prensa es capaz de procesamiento de billetes a un ritmo alto 2.5 cm s-1 bajo una carga máxima aplicada de 345 t, con una temperatura del dado máxima de 350 ° C (Figura 11A). Las muestras que requieren una mayor temperatura de procesamiento es precalentado en un horno de caja situado junto a la estructura. Después de completa el régimen de precalentamiento deseado, rápidamente se transfiere la muestra a la matriz y la protuberancia comenzó inmediatamente. E.C.A.E inicial pulsa capacidad centrado en lingotes rectangulares del orden de 1,91 cm cuadrados x 22,8 cm de largo (figura 11B). Continuación mejoras en las capacidades se ha traducido en la capacidad de procesar de 15 × 15 × 1.33 de 27 cm y 30 × 30 × 2.3 placas de 5 cm.
De importación más para esta discusión, sin embargo, es el hecho de que E.C.A.E rutinariamente utiliza para consolidar una amplia gama de polvos consolidados no fácilmente por otros medios 28,29,30. En el enfoque adoptado en el ARL, la cantidad deseada de polvo molido como se introduce en una cavidad mecanizada en una varilla de níquel (por ej., un "níquel puede"). Como el polvo se introduce en la cavidad, habitualmente es aprovechado para reducir al mínimo cualquier porosidad inducida de relleno. Una vez que se agrega la cantidad deseada de polvo, la apertura está conectada y después soldado con autógena cerrado. Es importante tener en cuenta que el proceso de "elaboración de conservas de polvo" se lleva a cabo dentro de una caja llenada de argón para reducir al mínimo la introducción de oxígeno. Hasta la fecha, este proceso se ha utilizado para preparar "latas" de dos Cu-Ta y dispersión de óxido consolidado polvos de aleación de FeNiZr (ODS), con los protocolos exactos que se describe a continuación.
A partir de 2011, una serie de nanocristalinos (e.g., Cu-Ta, FeNiZr) se han desarrollado aleaciones que mostraron grano notable crecimiento resistencia y estabilidad térmica en ARL12,18,19,31 ,32. Como se hizo evidente que la prensa convencional y sinter métodos de procesamiento no eran convenientes, E.C.A.E se convirtió en el principal medio para la consolidación de pequeñas muestras adecuadas para la prueba. Como un primer paso en el proceso de E.C.A.E, las latas de níquel cargadas con polvos como molido fueron equilibradas en un horno de caja purgado con gas Ar puro a una temperatura predeterminada (por ejemplo 700 ° C). Las latas equilibradas entonces fueron quitadas rápidamente del horno, caído el herramental E.C.A.E precalentado a la temperatura deseada y sacó a una tasa de extrusión de 25,5 mm s-1. Este procedimiento se repitió cuatro veces siguiendo ruta Bc (definida como la rotación de 90° en la misma dirección entre pasa 33). La extrusión consecutivos cuatro pases dio lugar a una tensión total de ~ 450%. Microscopía electrónica indica que las muestras fueron consolidadas con ninguna evidencia de la porosidad o límites de partículas previo. Medidas del tamaño del grano indican además, no hay crecimiento de grano apreciable ocurrió durante el proceso de E.C.A.E.
Los esfuerzos recientes de procesamiento se han centrado en ampliación de la escala del tamaño de piezas producidas de los polvos de aleación de nanocristalinos de FeNiZr. El intento inicial de ampliación de la escala utiliza el presionar Isostatic caliente (HIP). En este intento, FeNiZr molido como polvo se carga en lotes de aproximadamente 10 g en un aluminio abierta puede ubicado dentro de una guantera de atmósfera inerte. Después de cada adición del polvo, la carga de polvo en el poder fue comprimida usando una prensa hidráulica accionada manualmente a aproximadamente 50 kN de fuerza. Antes de sellar la lata, se calentó en un horno a aproximadamente 200 ° C durante 24 h. Una bomba de vacío fue unida con el fin de extraer toda la humedad del interior de la lata. El fue entonces soldado con autógena cerrado (figura 12A) y colocado dentro de la unidad de cadera (Figura 12B) para el proceso. Presionar Isostatic caliente fue realizado en una gama de muestras a temperaturas que van desde 600-1000 ° C y una presión de 207 MPa. Sin embargo, independientemente de la temperatura utilizada, todas las muestras muestran una densidad máxima de ~ 96%.
Puesto que la cadera no era capaz de producir muestras totalmente densas, más esfuerzos se realizaron utilizando una prensa de extrusión convencional. Para este enfoque, latas de aluminio mide aproximadamente 7,5 cm de diámetro por 11 cm de altura se llena de polvo de Fe-Ni-Zr de manera similar a las muestras más pequeñas que se ha descrito anteriormente. Antes de la extrusión real, la cámara de extrusión, portamatriz y morir fueron calentados a temperaturas que van de 400 a 450 ° C. Una vez el billete alcanzó una temperatura de equilibrio de 1000 ° C, rápidamente se sacó del horno y cargado en la cámara de calentamiento de la extrusora. Después de cargar, el billete fue sacado en aproximadamente 1 cm s-1 con proporciones de 2:1 y 3:1. Por seguridad y razones prácticas, los billetes no fueron empujados completamente a través de la matriz de extrusión. Después de la terminación de un ciclo completo de extrusión, los dados fueron extraídos del portamatriz mientras esté todavía caliente, luego deja enfriar. Descarga eléctrica que mecanizado (EDM) entonces fue utilizado para cortar los dados de los billetes sacados de alambre. La mayor temperatura de 1000 ° C permitió un éxito extrusión (figura 12). Se planean más protuberancias, con la intención de optimizar los parámetros de procesamiento y propiedades de los materiales basadas en un análisis detallado sobre los billetes sacados.
En un esfuerzo por desarrollar materiales avanzados capaces de reunión de los requisitos de funcionamiento dictada por entornos operacionales únicos, el laboratorio de investigación del ejército de Estados Unidos ha dedicado importantes recursos para el establecimiento de un nanocristalinos centro de investigación de metales . Como se detalla brevemente en este informe, el laboratorio consiste en un conjunto de equipos y conocimientos dedicados a la elaboración y caracterización de polvos metálicos nuevos, así como la posterior evaluación de consolidación y funcionamiento de las piezas a granel nanocristalinos. Los esfuerzos actuales en aleaciones Cu-Ta y FeNiZr han demostrado la capacidad de transición con éxito de los esfuerzos de investigación a pequeña escala para programas más grandes que han permitido para la prueba "escala" de estos materiales en una variedad de condiciones (por ej., tensión, fatiga, creep, choque y evaluación balística) que no previamente ha fácilmente conseguido. Esfuerzos futuros se centrarán en la transición de estos interesantes materiales para una gama de componentes reales, así como el continuo desarrollo de nuevos sistemas de aleación.
Figura 1 : Polvo laboratorios de procesamiento en el laboratorio de investigación del ejército A) laboratorio de síntesis de pequeña escala utilizada para la producción de lotes pequeños (10 g) de polvo de novela. Molinos de coctelera de alta energía que operan en un rango de temperaturas, así como equipos de prueba especializados son importantes equipos dentro del laboratorio. B) laboratorio de síntesis gran escala en el que prometedor polvos de aleación se producen en lotes de kg hasta 1. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 2 : Componentes críticos del molino de bola rotatoria horizontal de alta energía usado en la síntesis a gran escala de polvos nanocristalinos. A) unidad de descarga de gas portador, jarras de fresado B) representante 8 L, molino de bolas rotatorio horizontal de alta energía de C) pequeña escala. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 3 : Síntesis de polvo de pequeña escala bajo condiciones de ambiente. A) molino de la coctelera modificado de alta energía que puede operar de -20 a 24 ° C y hasta 2200 ciclos por minuto. B) esquema de la alta energía que proceso a polvo de nano-estructura/nanocristalinos de forma. Polvo C) resultante (promedio de partícula tamaño 40 μm , es decir ~-325 malla) con un tamaño de grano interno de 10 nm. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 4 : Molienda criogénica a pequeña escala de polvos nanocristalinos. A) molino de la coctelera modificado de alta energía que puede funcionar a temperaturas criogénicas. B) frasco derecho después del retiro de cryomilling. Vial C) estándar que muestra el número de cojinetes suele utilizada. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 5 : Sistemas de hardware asociados con el molino de bola rotatoria horizontal de alta energía a gran escala. A) imágenes del molino más grande. B) alta velocidad rotor con varias palas. Superficie C) dentro del tarro de fresado. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 6 : Esquema del proceso de molienda para sistema de dos elementos. Resultados de repetidas colisiones entre los medios de molienda y polvo en una variedad de microestructuras resultantes. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 7 : Características microestructurales representativas obtienen a través de microscopia electrónica de alta resolución. Campo brillante A) madre y B) vástago HAADF imágenes tomadas de la misma área de la muestra de Cu-10Ta (at.%) E.C.A.E procesado a 900 ° C; TALLO C)-campo claro y D) imágenes de HAADF madre tomadas de la misma área de una muestra de Cu-10Ta (at.%) E.C.A.E procesado a 700 ° C. Técnicas basadas en tallo han sido vitales en la aclaración de las características microestructurales que rigen las excepcionales propiedades mecánicas presentes en CuTa aleaciones así como otros materiales nanocristalinos de polvo. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 8 : Átomo sonda tomografía es una valiosa herramienta en el análisis de varios polvos producidos en el ARL. A) el sistema de tomografía de sonda átomo completo. B) agrandamiento imagen los dos puertos de visualización de la cámara de amortiguamiento. C) A cerca de la cámara de bloqueo y tampón de carga. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 9 : Mapas elementales representativos obtuvieron durante tomografía de atómica sonda. A) mapa de átomo 3D mostrando sólo W (esferas rojas) y WO2 (esferas azules) átomos; B) mapa de átomo 3D mostrando sólo W (esferas rojas) y los átomos de Na (esferas verdes); C) mapa de átomo 3D mostrando sólo W (esferas rojas), WO2 (esferas azules) y los átomos de Na (esferas verdes); D) espectro de masa mostrando la relación de masa a estado de carga de 0 a 19 Da, que son los elementos de número atómico más bajos que son los más difíciles de identificar y cuantificar usando otras técnicas de análisis. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 10 : Protuberancia angular canal igual se ha utilizado con éxito para producir cilindros completamente densos de polvos aleados. A) esquema del proceso E.C.A.E mostrando cómo se produce la refinamiento de grano como el material pasa a través de la curva de 90 ° en el troquel. B) óptico micrografía de un E.C.A.E parcialmente había procesado cambios de demostración muestra en estructura de grano. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 11 : Igual canal extrusión Angular prensa actualmente en el lugar en el laboratorio de investigación del ejército A) en su configuración actual, la prensa E.C.A.E es capaz de procesar 19 × 19 × 228 mm3 cuadrados de palanquillas. La prensa también tiene la capacidad para procesar 152 × 152 × 12.7 y 304 × 304 × 25. placas de 4 mm3 . B) cerrar-en la fotografía que muestra cómo se introduce el billete en la parte superior de la matriz. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 12 : Prensado isostático en caliente y extrusión son dos métodos comúnmente utilizados para consolidar las muestras a granel partir polvos. Un) cadera sellado puede listo para su inserción en la unidad B) HIP. C) parcialmente sacada FeNiZr de billetes. La muestra a la izquierda es una protuberancia de proporción 1:3 mientras los billetes en el centro y derecha es una protuberancia de proporción 1:2.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
En comparación con otras técnicas de síntesis, aleación mecánica es un método muy versátil para la producción de metal y aleados polvos con tamaños de grano << 100 nm. De hecho, aleación mecánica es una de las pocas maneras en que grandes volúmenes de nanoestructurados materiales se pueden producir de manera rentable y fácilmente escalable. Además, molienda de bolas de alta energía se ha demostrado para incrementar enormemente el límite de solubilidad sólida en muchos sistemas metálicos en que temperatura solubilidad de equilibrio no existe lo contrario. Esto permite nuevos tipos de aleaciones que se producirá, que no es posible con otra técnicas de proceso de equilibrio.
Aunque no no necesariamente necesario, la preparación adecuada de los medios de molienda (e.g., funciona de capa) es muy recomendable para reducir al mínimo la cantidad de contaminantes introducidos en el polvo final. De manera similar, manejo del polvo, ya sea antes o después de moler, se debe realizar en una guantera de atmósfera controlada para minimizar la exposición a la contaminación con oxígeno o humedad. Por último, cuidado y atención deben utilizarse en abrir el frasco de molienda después de un proceso de ejecución, como el frasco potencialmente puede ser presurizado durante la molienda de polvos bajo ciertas condiciones de funcionamiento.
Modificaciones a la molienda de la temperatura de los polvos a menudo es necesaria para lograr los resultados deseados. Por ejemplo, cryomilling se usa para reducir la ductilidad para polvos seleccionadas para asegurar que las partículas se descomponen durante la molienda. Por otra parte, un agente de control de proceso tales como el ácido esteárico también puede utilizarse para reducir la aglomeración de partículas durante el fresado. El uso de estos métodos se determina sobre una base caso por caso.
Aunque la aleación mecánica es un proceso viable para polvos metálicos más, hay algunos casos donde su uso es problemático. Aleación mecánica requiere específicamente, la transferencia y mezcla o mezcla de elementos o compuestos, el grado de que está altamente influenciado por la energía de molienda y tiempo de molienda, así como la diferencia en propiedades físicas como dureza, ductilidad y solubilidad relativa de los componentes. Fresado de energía es un parámetro que se puede cambiar dentro de un orden de magnitud o menos, pero más allá de eso es una cantidad relativamente fija y por lo tanto, el grado a que compuestos o sólidos pueden ser formados en cualquier experimento dado puede ser limitado basado en física y parámetros termodinámicos que regulan propiedades mecánicas y la solubilidad. Extender el tiempo de molienda para lograr una mayor refinamientos o lugares de mezcla costo práctica limita en la producción de polvos y debe ser evaluado contra el costo de rendimiento de equilibrio. Además, mayor fresado veces pueden llevado a elevada contaminación vía la interacción de los polvos con el fresado de los medios de comunicación o la atmósfera. Mayores niveles de contaminación pueden alterar dramáticamente la propiedades físicas y el rendimiento del polvo y consolidaron las piezas.
Este informe ha detallado el uso de la aleación mecánica para la producción de polvos metálicos nanocristalinos adecuados de investigación y estudios industriales. Como se reconoce el potencial de estos materiales a través de pruebas de las muestras a granel y/o componentes, es probables que encontrar amplio uso en una variedad de sectores industriales (por ej., aeroespacial, automoción, defensa, electrónica, etcetera.).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Copper powder | Alfa Aesar | 42623 | Spherical, -100+325 mesh, 99.9% |
| Tantalum powder | Alfa Aesar | 10345 | 99.97%, -325 mesh |
| Iron powder | Alfa Aesar | 00170 | Spherical, <10 micron, 99.9+% |
| Nickel powder | Alfa Aesar | 43214 | -325 mesh, 99.8% |
| Zirconium powder | American Elements | ZR-M-03-P | 99.90% |
| SPEX mills (high energy shaker mills) | SPEX SamplePrep | 8000M | |
| Zoz mills (high energy horizontal rotary ball mill) | Zoz GmbH | CM01 (small mill) CM08 (large mill) | |
| Focused Ion Beam | FEI | Nova600i Nanolab dual beam FIB/SEM | |
| Scanning Electron Microscope | FEI | Nova600i Nanolab dual beam FIB/SEM | |
| Precision Ion Polishing System | Gatan | Model 695 | |
| Transmission Electron Microscope | JEOL | 2100F | multipurpose field emission TEM |
| Atom Probe Tomography | CAMECA | LEAP 5000XR | |
| Equal Channel Angular Extrusion | ShearForm | custom built | |
| Hot Isostatic Press | Matsys |
References
- Perez, R. J., Jiang, H. G., Lavernia, E. J., Dogan, C. P. Grain Growth of Nanocrystalline Cryomilled Fe-Al Powders. Metall Mater Trans A. 29 (10), 2469-2475 (1998).
- Shaw, L., Luo, H., Villegas, J., Miracle, D. Thermal Stability of Nanostructured Al93Fe3Cr2Ti2 Alloys Prepared by Mechanical Alloying. Acta Mater. 51 (9), 2647-2663 (2003).
- Boylan, K., Ostrander, D., Erb, U., Palumbo, G., Aust, K. T. An in-situ TEM Study of the Thermal Stability of Nanocrystalline Ni-P. Scripta Metall Mater. 25 (12), 2711-2716 (1991).
- Michels, A., Krill, C. E., Ehrhardt, H., Birringer, R., Wu, D. T. Modelling the Influence of Grain-size-dependent Solute Drag on the Kinetics of Grain Growth in Nanocrystalline Materials. Acta Mater. 47 (7), 2143-2152 (1999).
- Knauth, P., Charai, A., Gas, P. Grain Growth of Pure Nickel and of a Ni-Si Solid Solution Studied by Differential Scanning Calorimetry on Nanometer-sized Crystals. Scripta Metall Mater. 28 (3), 325-330 (1993).
- Detor, A. J., Schuh, C. A. Tailoring and Patterning the Grain Size of Nanocrystalline Alloys. Acta Mater. 55 (1), 371-377 (2007).
- Detor, A. J., Schuh, C. A. Grain Boundary Segregation, Chemical Ordering and Stability of Nanocrystalline Alloys: Atomistic Computer Simulations in the Ni-W System. Acta Mater. 55 (12), 4221-4232 (2007).
- Detor, A. J., Miller, J. K., Schuh, C. A. Solute Distribution in Nanocrystalline Ni-W Alloys Examined Through Atom Probe Tomography. Philos Mag. 86 (28), 4459-4475 (2006).
- Darling, K. A., et al. Grain-size Stabilization in Nanocrystalline FeZr Alloys. Scripta Mater. 59 (5), 530-533 (2008).
- Lavernia, E. J., Han, B. Q., Schoenung, J. M. Cryomilled Nanostructured Materials: Processing and Properties. Mat Sci Eng A-Struct. 493, 207-214 (2008).
- Darling, K. A., VanLeeuwen, B. K., Koch, C. C., Scattergood, R. O. Thermal Stability of Nanocrystalline Fe-Zr Alloys. Mat Sci Eng A-Struct. 527 (15), 3572-3580 (2010).
- Darling, K. A., et al. Stabilized Nanocrystalline Iron-based Alloys: Guiding Efforts in Alloy Selection. Mat Sci Eng A-Struct. 528 (13-14), 4365-4371 (2011).
- Dake, J. M., Krill, C. E. III Sudden Loss of Thermal Stability in Fe-based Nanocrystalline Alloys. Scripta Mater. 66 (6), 390-393 (2012).
- Ma, K., et al. Mechanical Behavior and Strengthening Mechanisms in Ultrafine Grain Precipitation-Strengthened Aluminum Alloy. Acta Mater. 62, 141-155 (2014).
- Chookajorn, T., Schuh, C. A. Nanoscale Segregation Behavior and High-temperature Stability of Nanocrystalline W-20 at% Ti. Act Mater. 73, 128-138 (2014).
- Kalidindi, A. R., Schuh, C. A. Stability Criteria for Nanocrystalline Alloys. Acta Mater. 132, 128-137 (2017).
- Suryanarayana, C. Mechanical Alloying and Milling. Prog Mater Sci. 46 (1-2), 1-184 (2001).
- Darling, K. A., et al. Structure and Mechanical Properties of Fe-Ni-Zr Oxide-Dispersion-Strengthened (ODS) Alloys. J Nucl Mater. 467 (1), 205-213 (2015).
- Darling, K. A., Roberts, A. J., Mishin, Y., Mathaudhu, S. N., Kecskes, L. J. Grain Size Stabilization of Nanocrystalline Copper at High Temperatures by Alloying with Tantalum. J Alloy Compd. 573 (5), 142-150 (2013).
- Boschetto, A., Bellusci, M., La Barbera, A., Padella, A., Veniali, F. Kinematic Observations and Energy Modeling of a Zoz Simoloyer High-Energy Ball Milling Device. Int J Adv Manuf Tech. 69 (9-12), 2423-2435 (2013).
- Karthik, B., Gautam, G. S., Karthikeyan, N. R., Murty, B. S. Analysis of Mechanical Milling in Simoloyer: An Energy Modeling Approach. Metall Mater Trans A. 43 (4), 1323-1327 (2012).
- Giannuzzi, L. A., Stevie, F. A. A Review of Focused Ion Beam Milling Techniques for TEM Specimen Preparation. Micron. 30 (3), 197-204 (1999).
- Hornbuckle, B. C., et al. Effect of Ta Solute Concentration on the Microstructural Evolution in Immiscible Cu-Ta Alloys. JOM. 67 (12), 2802-2809 (2015).
- Darling, K. A., et al. Extreme Creep Resistance in a Microstructurally Stable Nanocrystalline Alloy. Nature. 537, 378-381 (2016).
- Segal, V. M. Materials Processing by Simple Shear. Mat Sci Eng A-Struct. 197 (2), 157-164 (1995).
- Segal, V. M. Equal channel angular extrusion: From Macromechanics to Structure Formation. Mat Sci Eng A-Struct. 271 (1-2), 322-333 (1999).
- Valiev, R. Z., Langdon, T. G. Principles of Equal-Channel Angular Pressing as a Processing Tool for Grain Refinement. Prog Mater Sci. 51 (7), 881-981 (2006).
- Robertson, J., Im, J. T., Karaman, I., Hartwig, K. T., Anderson, I. E. Consolidation of Amorphous Copper Based Powder by Equal Channel Angular Extrusion. J Non-Cryst Solids. 317 (1-2), 144-151 (2003).
- Haouaoui, M., Karaman, I., Maier, H. J., Hartwig, K. T. Microstructure Evolution and Mechanical Behavior of Bulk Copper Obtained by Consolidation of Micro- and Nanopowders Using Equal-Channel Angular Extrusion. Metall Mater Trans A. 35 (9), 2935-2949 (2004).
- Senkov, O. N., Senkova, S. V., Scott, J. M., Miracle, D. B. Compaction of Amorphous Aluminum Alloy Powder by Direct Extrusion and Equal Channel Angular Extrusion. Mat Sci Eng A-Struct. 393 (1-2), 12-21 (2005).
- Frolov, T., Darling, K. A., Kecskes, L. J., Mishin, Y. Stabilization and Strengthening of Nanocrystalline Copper by Alloying with Tantalum. Acta Mater. 60 (5), 2158-2168 (2012).
- Darling, K. A., et al. Microstructure and Mechanical Properties of Bulk Nanostructured Cu-Ta Alloys Consolidated by Equal Channel Angular Extrusion. Acta Mater. 76, 168-185 (2014).
- Furukawa, M., Horita, Z., Nemoto, M., Langdon, T. G. Processing of Metals by Equal-Channel Angular Pressing. J Mater Sci. 36 (12), 2835-2843 (2001).
