Określanie wytrzymałości mechanicznej metali ultradrobnoziarnistych

Podsumowanie

Przedstawiony tutaj protokół opisuje eksperymenty z wysokociśnieniowymi promieniowymi ogniwami diamentowo-kowadełkowymi i analizę powiązanych danych, które są niezbędne do uzyskania wytrzymałości mechanicznej nanomateriałów ze znaczącym przełomem w stosunku do tradycyjnego podejścia.

Streszczenie

Mechaniczne wzmacnianie metali jest od dawna wyzwaniem i popularnym tematem materiałoznawstwa w przemyśle i środowisku akademickim. Zależność wielkości i wytrzymałości nanometali cieszy się dużym zainteresowaniem. Jednak scharakteryzowanie wytrzymałości materiałów w dolnej skali nanometrowej było dużym wyzwaniem, ponieważ tradycyjne techniki, takie jak nano-wgłębienie, kompresja mikrofilarów, rozciąganie itp., stają się już nieskuteczne i niezawodne. Obecny protokół wykorzystuje techniki dyfrakcji rentgenowskiej (XRD) promienistych ogniw diamentowo-kowadłowych (rDAC) do śledzenia zmian naprężeń różnicowych i określania wytrzymałości ultradrobnych metali. Stwierdzono, że najdrobniejsze cząstki niklu mają większą granicę plastyczności niż grubsze cząstki, a wzmocnienie wielkości niklu trwa do 3 nm. To istotne odkrycie w ogromnym stopniu zależy od skutecznych i niezawodnych technik charakteryzowania. Oczekuje się, że metoda rDAC XRD odegra znaczącą rolę w badaniu i badaniu mechaniki nanomateriałów.

Wprowadzenie

Odporność na odkształcenia plastyczne określa wytrzymałość materiałów. Wytrzymałość metali zwykle wzrasta wraz ze zmniejszaniem się wielkości ziaren. To zjawisko wzmacniania rozmiaru może być dobrze zilustrowane przez tradycyjną teorię relacji Halla-Petcha od milimetra do reżimu submikronowego^1,2, który opiera się na mechanizmie deformacji metali o dużych rozmiarach za pośrednictwem dyslokacji, tj. dyslokacje gromadzą się na granicach ziaren (GBs) i utrudniają ich ruchy, prowadząc do mechanicznego wzmocnienia metali^3,4.

Dla ....

Protokół

1. Przygotowanie próbek

1. Należy pozyskać proszek niklu o rozmiarach 3 nm, 20 nm, 40 nm, 70 nm, 100 nm, 200 nm i 500 nm z dostępnych źródeł komercyjnych (patrz Tabela materiałów). Charakterystyka morfologiczna przedstawiona jest na Rysunku 1.
2. Przygotowanie cząstek niklu o rozmiarze 8 nm poprzez ogrzewanie cząstek niklu 3 nm w kotle reakcyjnym (patrz Tabela materiałów).
   1. Do kotła reakcyjnego należy wlać ~20 mL bezwodnego etanolu i wsypać ~50 mg proszku niklu 3 nm. UWAGA: Całość roztworu nie powinna przekraczać ~70% objętości kotła.
   2. Kocioł reakcyjny....

Wyniki

W warunkach ściskania hydrostatycznego rozprostowane linie dyfrakcji rentgenowskiej powinny być proste, a nie zakrzywione. Jednakże przy ciśnieniu niehydrostatycznym krzywizna (eliptyczność pierścieni XRD, co przekłada się na nieliniowość linii wykreślonych wzdłuż kąta azymutu) znacznie zwiększa się dla niklu ultradrobnoziarnistego przy podobnych ciśnieniach (Rycina 4). Przy podobnym ciśnieniu różnicowe odkształcenie niklu o wielkości ziarna 3 nm jest najwyższe. Wyniki wytrzymałości mechanic.......

Dyskusja

Symulacje obliczeniowe są szeroko stosowane do badania wpływu wielkości ziaren na wytrzymałość nanometali 5,6,16,17,27,42. Zaproponowano, aby dyslokacje doskonałe, dyslokacje częściowe i deformacje GB odgrywały decydującą rolę w mechanizmach deformacji nanomateriałów. W symulacji dynamiki molekularnej Yamakov i

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule

Nazwa	Firma	Numer katalogowy	Komentarze
20 nm Ni	Nanomaterialstore	SN1601	Łatwopalny
3 nm Ni	nanoComposix		Łatwopalny
40, 70, 100, 200, 500 nm Ni	US nano	US1120	Łatwopalny
absolutny			jako roztwór do produkcji 8 nm
Ni Absolutny izopropanol			jako roztwór do produkcji 12 nm Ni
Amorficzny bor proszek	alfa asear
Siatka miedziana	Beijing Zhongjingkeyi Technology Co., Ltd.		Siatka TEM
Klej epoksydowy
Etanol			czysty zestaw eksperymentalny
Skupiona wiązka jonów	FEI
Szkiełko szklane Taśma
klejąca	Scotch
Kapton	DuPont		Materiał folii poliamidowej
Wiertarka	laserowa		znajduje się w laboratorium wysokociśnieniowym ALS
Monochromatyczna synchrotronowa	linia rentgenowska 12.2.2, Zaawansowane źródło światła (ALS), Lawrence Berkeley National Laboratory		Energia promieniowania rentgenowskiego: 25-30 keV
Mikroskop optyczny	Leica		do montażu uszczelki i ładowania próbek
Pt proszek	thermofisher	38374
Kocioł reakcyjny	Xian Yichuang Co., Ltd.		50 ml
Papier			od 400 mesh do 1000 mesh
Transmisyjna mikroskopia elektronowa	FEI		Titan G2 60-300
Dwuwymiarowa płyta pamięciowa	ALS, BL 12.2.2		mar 345

etanol ścierny