Summary
Detta dokument ger en kort översikt över de pågående insatserna vid Army Research Laboratory på bearbetning av bulk nanokristallin metaller med betoning på de metoder som används för produktion av de romanen metallpulver.
Abstract
Givet sin potential för betydande egendom förbättringar i förhållande till deras stora kornat motsvarigheter, har mycket arbete ägnats åt fortsatt utveckling av nanokristallin metaller. Trots dessa ansträngningar, har övergången av dessa material från lab bänken till faktiska tillämpningar blockerats av oförmåga att producera storskaliga delar som behåller de önskade nanokristallin mikrostrukturer. Efter utvecklingen av en metod som visat för att stabilisera nanosized kristallkorn för temperaturer närmar sig smältpunkten för viss metallen, den amerikanska armén forskning laboratorium (ARL) har kommit till nästa steg i utvecklingen av dessa material - nämligen produktionen av storskaliga delar som är lämpliga för test och utvärdering inom en rad relevanta testmiljöer. Denna rapport ger en bred översikt över de pågående insatserna i bearbetning, karakterisering och konsolidering av dessa material på ARL. Särskilt läggs fokus på den metod som används för att producera de nanokristallin metallpulver, i såväl stora som små mängder, som är i mitten av pågående forskningsinsatser.
Introduction
Nanokristallin metaller utarbetats av hög energi mekaniska legeringselement har visat sig uppvisar överlägsen mekanisk styrka jämfört med deras grovkorniga motsvarigheter. Som dikteras av termodynamiska principer, omfattas nanokristallin mikrostrukturer emellertid korn förgrovning vid förhöjda temperaturer. Som sådan, begränsas bearbetning och tillämpningar av dessa material för närvarande av möjligheten att skapa stabiliserad mikrostrukturer i bulkform. Med tanke på potentialen i dessa material, förs två primära metoder i ett försök att utveckla sådana system. Först, baserade på en kinetic, använder tredjeparts flera mekanismer för att tillämpa en fastnålnings kraft på korngränserna (GBs) för att förhindra korn tillväxt. Typiska mekanismer sysselsatt till stift GBs är sekundära faser (Zener fastlåsning)1,2,3 och/eller solute dra effekter4,5. Den andra metoden, baserade på en termodynamik, undertrycker korn tillväxt genom att minska GB fri energi genom lösningens atomer partitionering till GBs6,7,8,9, 10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16.
Som det första steget att utveckla legeringar med en nanograined mikrostruktur, inrättades den grundläggande förståelsen i termodynamiska och kinetiska principer som styr korn tillväxt och Mikrostrukturens stabilitet vid förhöjda temperaturer. Tillämpad materialvetenskap användes också att vägleda legering utveckling. Använder dessa insikter, producerades liten skala massor av olika alloy pulver med hjälp av hög energi fräsning och utvärderas för ett brett spektrum av fysiska och mekaniska egenskaper. För de mer lovande system utvecklades avancerad karakterisering tekniker för att helt koppla mikrostrukturen i pulvret observerade egenskaper och prestanda.
Samtidigt, förvärvades den infrastruktur och utrustning som behövs för att producera bulk komponenter från nanokristallin pulver. När denna utrustning var på plats, utvecklades bearbetning vetenskapen krävs för att fullständigt konsolidera bulkmaterial från de alloy pulver genom en serie av småskalig experiment. När bulk exemplar fanns tillgängliga, en serie experiment utfördes för att förstå den mekaniska Svaren av dessa material under ett brett spektrum av tillstånd (t.ex. trötthet, krypning, hög stam takt, etc.). Den kunskapen från dessa experiment har använts för att utveckla eventuell tillämpning utrymmen som gör det möjligt för kommersialisering av stabiliserad bulk nanokristallin legeringarna.
Gemensamt har möte dessa uppgifter lett till utvecklingen inom den amerikanska armén forskning laboratorium (ARL) för en nanokristallin metals research center bestående av 4 huvudsakliga labs. Detta laboratorium komplexa representerar en total investering på 20 miljoner USD och är unikt genom att det spänner över aspekter av grundläggande, tillämpad och tillverkning vetenskap. Det primära syftet med dessa övningar är att övergången proof-of-concept idéer till pilotskala och före tillverkning nivåer. Så det förväntas att labben kommer att möjliggöra produktion av prototyp delar, utvecklar de nödvändiga kunnandet och tillverkning vetenskap för skalas upp bearbetning och möjliggör kopplingar såväl internt om externa forskningsinstitut eller industriella partners via kommersialisering och övergången av denna avancerade pulver teknik.
Som nämnts tidigare, är det första steget att identifiera, producera och snabbt bedöma nya legering prototyper för båda genomförbarheten av syntes och tillverkning prototyp delgrunder. För att åstadkomma detta, har det byggts flera unika, specialdesignade hög energi shaker mills med kapacitet att bearbeta pulver över ett brett spektrum av temperaturer från-196 ° C till 200 ° C. Som namnet antyder, dessa kvarnar producera cirka 10-20 g fina pulver genom den våldsamma skakningar åtgärd som orsakar repetitiva effekterna mellan pulver och slipning media för att producera pulver där varje partikel har en sammansättning i förhållande till den Start elementärt pulverblandning. Även lämplig för snabb screening av pulver, kvarnar av denna typ är tydligt inte lämpliga för pulver produktion på (nära) industriell skala (t.ex., kg).
Med tanke på behovet att producera pulver i stora mängder och som kontinuerlig en process som möjligt, en sökning var företa sig att identifiera potentiellt bärkraftiga metoder och utrustning. Planetariska kulkvarnar använda en diskett som roterar i motsatt riktning från lodrätt orienterad injektionsflaskorna, vilket resulterar i partikel storleksminskning på grund av både slipning och kollisioner orsakade av centrifugalkraften. Lot storlekar för de flesta planetariska mills räckvidd upp till ca 2 kg. Till skillnad från konventionella kvarnar, attritor mills består av en serie av pumphjul inuti en vertikal trumma. Rotation av impellersna orsaka slip media, vilket resulterar i partikel storleksminskning genom kollisioner mellan pulver, bollar och Fläkthjulen rörelse. Större attritor mills är kapabel att producera över 200 kg per körning. Även om båda dessa kvarnar erbjuder betydande ökningar i partistorlekar i förhållande till shaker mills, måste de är inte kan köra på ett fortlöpande sätt men snarare vara lastats och lossats manuellt för varje körning.
På grund av dessa brister skiftade uppmärksamhet till en serie av hög energi, horisontella roterande kulkvarnar. Kan bearbeta så mycket som 200 kg per parti, dessa kvarnar är också kan arbeta under inert atmosfär samt vakuum. Slutligen, fräsning kammaren har utformats med en luftsluss som möjliggör snabb och automatisk borttagning av pulver när fräsning processen har slutförts. Kombinerat med en automatisk pulver insprutningssystem, innebär detta att bollen kvarnen kan köra i en ganska kontinuerligt sätt, vilket gör det ett mycket lönsamt system för industriella miljöer. På grund av dessa kombination av funktioner, ARL har nyligen köpta och installerade två kvarnar och är nu engagerad i uppskalning inre pulver bearbetning ansträngningar.
Medan de pulver bearbetning insatserna utgör en central aspekt av pågående ansträngningar, är karakterisering och konsolidering av de mest lovande alloy pulver också fokuserad forskningsområden. Faktiskt, som anges nedan, ARL har gjort betydande investeringar i nödvändiga analytiska och testutrustning behövs för att fullt ut utvärdera nyckel dragen av ny pulver. Dessutom lyckad konsolidering av prover nu möjliggör konventionella full skala mekanisk provning och karakterisering (t.ex., spänning, trötthet, krypa, chock och ballistiska utvärdering) av dessa material som vanligtvis inte har varit möjligt för denna klass av material. Denna artikel rapporterar de protokoll som används på ARL för inledande syntes, skala upp, konsolidering och karakterisering av bulk nanokristallin metaller och legeringar.
De två huvudsakliga labs för pulver syntes kan ses i figur 1. Figur 1A visar småskaliga pulvret bearbetning lab som möjliggör snabb utveckling av begrepp och aluminiumlegering design. Övningen innehåller flera specialdesignade hög energi kvarnar med förmåga att processen pulver över en rad temperaturer (rumstemperatur till 400 ° C) och 10 till-196 ° C. Labbet innehåller också en anpassad horisontella röret ugn utformad för snabb bedömning av den termiska och Mikrostrukturens stabiliteten (t.ex., korn tillväxt studier) av nya metallegeringar. Slutligen, inrymmer labbet också flera unika småskaliga mekaniska test uppställningar inklusive spänning, skjuvning punsch och intryck krypning testning enheter, liksom en state-of-the-art instrumenterade nano-indenter. När noggrant testade och visad löfte, utvalda legeringar flyttas till storskaliga bearbetning labbet (figur 1B), där teknik och tillverkning protokoll är utvecklade för att tillåta storskaliga (t.ex., kilogram) produktionen av de specifika pulver. Totalt labben innebär en total investering på order av 2 miljoner USD och täcker övergången av romanen metallpulver från lab bänken till pilotskala tillverkning nivåer, vilket möjliggör produktion av prototyp delar.
Hög energi bollen fräsning/mekaniska legeringsämnen är en mångsidig process för att producera nanokristallin metaller och legeringar i pulver form17. Start med grova finkornigt pulver (vanligtvis menar korn storlek ~ 5-10 µm), är det möjligt att erhålla nanokristallin pulver med genomsnittlig korn storlek < 100 nm efter fräsning. Denna fräsning utförs rutinmässigt i en vibrerande/shaker kvarn. Injektionsflaskan med fräsning är fylld med önskad mängd pulver samt fräsning bollar, vanligtvis rostfritt stål. Denna kvarn skakar injektionsflaskorna i en rörelse som innebär och tillbaka svängningar med kort laterala rörelser med en hastighet av cirka 1080 cykler min-1. Med varje komplex rörelse bollar kolliderar med varandra, får effekt mot insidan av flaskan och locket, och minska samtidigt pulvret till finare storlek. Den kinetiska energin förmedlas till pulvret är lika med hälften massa gånger kvadraten av den genomsnittliga hastigheten (19 m s-1) av lager. Mill makt, t.ex. energin som levereras per tidsenhet, ökar med frekvensen av kvarnen (15-26 Hz). Det totala antalet effekter tar typiska antalet bollar och den lägsta frekvensen under en given 20 h, och överstiger 1,5 miljarder. Under dessa effekter genomgår pulvret upprepade sprickbildning och cold-welding fram till den punkt där beståndsdelarna blandas på atomnivå. Mikroskopiskt underlättas denna blandning och förfining av mikrostrukturen av lokaliserade deformation i form av skjuvning band samt en hög täthet av dislokationer och punkt defekter som bryter ner mikrostrukturen. Så småningom, som värmen i kollision höjer den lokala temperaturen, uppstår rekombination och förintelse av dessa defekter vid steady-state med deras generation. Defekten strukturer så småningom, men omorganisation, resultera i bildandet av mindre och mindre hög vinkel likaxlig korn. Ball fräsning är alltså en process som inducerar svår plastisk deformation manifesteras genom närvaron av en hög täthet av defekter. Denna process möjliggör ökad diffusivitet av koncentrationsgradient element och förfining och spridning av sekundära faser och den övergripande nanostructuring av mikrostrukturen.
Hög energi cryomilling är en fräsning processen liknar hög energi bollen fräsning förutom det faktum att injektionsflaskan fräsning upprätthålls vid kryogen temperatur under fräsning processen. För att uppnå en jämn temperatur i injektionsflaskan, har kvarnen ändrats enligt följande. Injektionsflaskan med fräsning är först placerad inuti en Teflon-hylsa som sedan försluts med ett Teflon-cap. Hylsan är ansluten till en dewar innehållande den lämpliga cryogen (flytande kväve (LN2) eller flytande argon (LAr)) genom rostfritt stål och plaströr. Cryogen flödar genom ärmen under fräsning processen svalna fräsning injektionsflaskan och upprätthålla fräsning injektionsflaskan vid cryogen, såsom för LN2 och -186 ° C för LAr-196 ° C kokande temperatur. De låga temperaturerna av kryogen behandling leda till en ökad fragmentering av mer duktila metaller som annars inte kan malas i rumstemperatur. Dessutom de kryogena temperaturerna minskar termiskt aktiverade tröghetsseparation processer såsom spannmål tillväxt och fasseparering vilket gör det möjligt ökat förfining av mikrostrukturen och Löslighet Olöslig elementärt arter.
Hög energi horisontella roterande boll kvarnen är en hög energi fräsning system som består av en horisontell rostfritt stål fräsning burk med en höghastighets rotor med flera blad fast på en drivaxel. Pulvret att vara slipat överförs inuti burken tillsammans med fräsning bollar. Förflyttning av bollar och pulver uppnås genom rotation av axeln inuti burken. Axeln roterar med hög hastighet och fräsning stål bollar kolliderar, påskynda och överför sin rörelseenergi till pulver. Utbudet av rpm är 100-1000 och den genomsnittliga hastigheten bollar är 14 m s-1. I synnerhet mills är utrustade för att driva över en rad fräsning (-30 ° c till 200 ° C hög) och kan köras under vakuum (mTorr) eller i över trycket läge (1500 Torr) (utnyttja olika typer av omslaget gas). Förutom en basenhet, kvarnen är utrustad med en transportör gas urladdningsenhet samt anslutning församlingar som gör lastning och lossning av pulver under inert gas täcker. Denna apparat kan ses i figur 2A tillsammans med en typisk 8 L stål fräsning burk (figur 2B). Förutom de större kvarnen, har ARL köpt en mindre kvarn som har konverterats till köras under flytande kväve (figur 2 c). Denna kvarn kan producera mellan 100-400 g bearbetade pulver per kör cykel.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. liten skala syntes av nanokristallin pulver under omgivningsförhållanden
- I en kontrollerad argon atmosfär handskfacket, placera 10 g av det primära elementet (t.ex., Fe i FeNiZr legering) och 100 g av rostfritt stål/verktygsstål fräsning bollar i önskad fräsning burken.
Obs: Lastning av pulver till fräsning burk släpper ett handskfacket är skyldiga att säkerställa minimal upptag i syre eller fukt innehåll 18,19. - Efter lastning, försegla burken och ta ur handskfacket. Efter avlägsnande, se till att burken är helt slutna och läsa in i den lämpliga fräsmaskin.
- Efter att ha utfört en 1 h fräsning cykel, ta bort injektionsflaskan och överföring tillbaka in i handskfacket argon-fyllda.
Obs: Detta kort köra serverar att bestryka alla ytor med primära elementet, vilket bidrar till att minska överföringen av föroreningar från fräsning burk och media att legeringen som produceras. - För att syntetisera de alloy pulver, lägga till totalt 10 g av elementärt pulver i önskad nyckeltalen i bara bestruket fräsning burken innanför handskfacket. Lägg till mängden bara belagd fräsning bollar i burken så att det är förhållandet 10:1 av massan av bollar till massa pulver. Locket ska placeras och åtdragna på fräsning burken före borttagning från handskfacket. Efter avlägsnande, bör ytterligare skärpning av locket utföras med hjälp av en skiftnyckel och en vice.
- Placera injektionsflaskan i hög energi shaker mill och initiera fräsoperationen (vanligtvis beställer 20 h). Efter fräsningen är klar, ta bort injektionsflaskan och överföra den till handskfacket. Försiktigt bort locket och överför slipat pulvret till önskad prov injektionsflaskan för lagring.
Obs: En typisk hög energi shaker kvarn används i mekaniska legeringselement visas i figur 3A. En schematisk visar hur hög energi fräsning resulterar i nanokristallin material visas i figur 3B, med en bild som visar en genomsnittlig slutlig partikelstorlek mellan 10 och 500 µm visas i figur 3 c.
2. liten skala syntes av nanokristallin pulver kryogen villkor
- Utföra beläggning kör för fräsning burk och bollar som beskrivs i steg 1.1-1.3.
- I kontrollerad atmosfär handskfacket, Fyll belagda fräsning burk med önskad mängd elementärt pulver och fräsning media. Efter åtdragning burken, bort från handskfacket.
- Placera fräsning burken släpper en Teflon ärm och cap, som sedan placeras i klämman av hög energi shaker kvarnen.
- Öppna dewar innehållande cryogen och låt det flöde i ca 30 min att säkerställa fräsning burken har nått önskad temperatur (-196 ° C för flytande kväve och -186 ° C för flytande argon).
- Vid att nå jämvikt, initiera fräsoperationen tills önskad varaktighet har uppnåtts. Efter avslutad, Stäng dewar, försiktigt bort fräsning burken från hylsan och placera den framför en torktumlare att föra den till rumstemperatur.
- När fräsning burken når rumstemperatur, överför den tillbaka inne i kontrollerad atmosfär handskfacket. Försiktigt öppna fräsning burken och överföra pulver till önskad lagring injektionsflaska.
Obs: En bild av hög energi shaker kvarnen anpassas för användning vid kryogena temperaturer visas i figur 4A. Visas i figur 4B är en fräsning injektionsflaskan omedelbart efter att den tagits bort från en cryomilling operation. Figur 4 c ger en uppfattning om antalet fräsning bollar används vanligtvis i en förädlingsprocess.
3. stor skala syntes av nanokristallin pulver
- Ladda krävs elementärt legera pulver i en glasburk inuti en argon handskfacket, sigill, och ta bort.
- Efter fästa fartyget till high-energy horisontella roterande boll kvarnen, Ladda ca 1 kg av 440C rostfritt stål kullager i rostfritt stål 8 L fartyg som ingår i en kyla jacka.
Obs: Bilder av de olika delarna av hög energi horisontella roterande boll kvarnen visas i figur 5. - Anslut argon gas linje och kylvätska linjer till fartyget. Back-fyllning och laxermedel fartyget med argongas att ta bort luft.
- Använder en dubbel kulventil, överför legera elementärt pulver till fräsning fartyget och stäng sedan ventilen för att försegla kammaren.
- Anslut pulver utvinning systemet till fräsning fartyget och sedan tillbaka-fyllning och rensa utvinning systemet med argongas att ta bort luft.
- Start flödar etylenglykol vid-25 ° C genom den yttre manteln av fartyget.
- Börja fräsning processen för upp till 1 kg elementärt pulver för den önskade mängden tid (vanligtvis 12-30 h) använder rotationsenergi för 400-800 rpm. När fräsning är klar, överföra pulver till en burk under argon atmosfär. Store burken i en argon fylld handskfacket.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Ca 10 g pulver produceras per varje körning i hög energi shaker kvarnen. Efter framgångsrika syntes av romanen nanokristallin metaller och legeringar i hög energi shaker kvarn bedrivs skala upp i en hög energi horisontella roterande boll kvarn.
Normalt genereras nanostrukturerade pulver med hög energi fräsning processer, vari en liten mängd pulver kornstorlek är raffinerad, ca 10 g per batch. Detta är tillfredsställande på en liten proof-of-concept-skala. Dock finns det ett behov av större fräsning apparaturar som kan göra samma sak men producerar större mängder. Betydande mängder pulver möjliggör produktion av bulk delar som, i sin tur kan testas på en relevant storlek skala lämplig för armén specifika applikationer.
På en liten 5 till 10 g-skalan, kan den energin som förmedlas till ett grovt pulver uppnås med relativ lätthet i en småskalig forskning laboratorium shaker kvarn. Den translationella energi förmedlas av bollar orsakar nedbrytning av partiklarna vilket resulterar i ett ultrafint finkornigt pulver massa. Skalningen av denna metod från gram storlek till kg (1000 g) partier innebär dimensionell skalningen av fräsning burkarna och tillhörande apparater, som är komplex eftersom, på samma gång, de förmedlade energin behöver skalas samt. I detta sammanhang hög energi horisontella roterande boll kvarnen kan skapa unika nano-skala sub strukturella funktioner (t.ex., kort och lång räckvidd beställda strukturer, punkt defekter, atomkluster, stapling fel, fällningar, dispersioner, amorfa funktioner) att förmedla dessa material med den dramatiska förbättringen boenden i ett acceptabelt tidsram med minimal förorening20,21.
I en två element komponent system, figur 6, fräsning processen resultatet i en serie av upprepade nedslag som orsakar pulver partiklar till ”kalla” weld grupp via plastisk deformation, fraktur, och sedan reweld hela löptid av fräsning. As a result, en mängd slutliga mikrostrukturer är möjliga: 1) en nanokristallin matris med korn gränsen segregerade atomer av den sekundära fasen, 2) en övermättad fast lösning av båda komponenterna, 3) en nanokristallin matris med korn gräns segregerade atomer av den sekundära fasen som samexisterar med en övermättad fast lösning av två, 4) nanostrukturerade sammansatt av de två distinkta faserna, 5) en super mättad fast lösning med stor dispersioner av den andra fasen och 6) en kombination inklusive alla ovanstående. I allmänhet är dock mikrostrukturen nanokristallin med ett medelvärde pulver partikelstorlek mellan 10 och 500 µm (figur 3 c). Det är viktigt att Observera att slutlig partikelstorlek beror starkt på fräsning temperatur, tid, energi och fysiska egenskaper/egenskaperna hos de enskilda beståndsdelarna. Genomsnittliga kornstorlek produceras vanligtvis skalor omvänt med smälttemperatur av legering men beror på fräsning villkor och omfattningen av legeringselement produceras. Den typiska medelkornstorlek produceras av hög energi fräsning är mindre än 50 nm. Den minsta Korn storleksanpassar uppnås kan dock under 5 nm eller även i vissa fall amorft gränsen kan nås. Till följd av de små korn storleksanpassar finns det en betydande volymfraktion korngränser och trippel vägkorsningar. Därför har nanokristallin metaller och legeringar förändrat fysiska Svaren till temperatur och deformation. Det vill säga har metaller problem som rör termisk stabilitet som begränsar bearbetning tekniker samt ansökningar till måttlig och ibland låga temperaturer. Dessa hinder kan övervinnas genom manipulation av gränssnittet mellan nanokristallin kornen genom dopning med lösta ämnen. Som nämnts ovan, dopanten kan ta form av segregerade solute eller diskreta partiklar eller en kombination därav och stopp kan och korn tillväxt även vid mycket höga temperaturer, vilket gör det möjligt fullständig konsolidering genom hög temperatur smide utan förlust av den fördelaktiga mekaniska egenskaper.
Det första steget i karaktärisera de mekaniskt legerade pulver observerar löspuder morfologi med ett svepelektronmikroskop (SEM). Detta steg utförs för att avgöra om de enskilda partiklarna komponera pulvret visar en tydlig förändring i morfologi, t.ex., från en tallrik morfologi vid kort fräsning tillfällen till en mer sfärisk form efter utökade fräsning gånger. Nästa, en liten mängd av pulvret som slipat trycks på 3 GPa i 3 mm grön komprimerar som därefter monterade i epoxi och polerad. Polering stegen utnyttjas är provet beroende. Det krävs dock ett sista polering steg 1 µm eller finare att uppnå den krävs ytjämnheten för SEM observation. Genom polering komprimerar till en sista touchen för en micron, kan bakåtspritt elektron bilder tas som visar fördelningen av koncentrationsgradient element som en funktion av fräsning tid. Bildåtergivning med bakåtspritt electron är den föredragna tekniken eftersom kontrasten är baserad på atomnummer. Som ett resultat, visar områden med högre mängder tyngre elementet i en legering ljusare. Dessa bilder samt röntgendiffraktion data kan ge insikt om när lösningens träder fullt i solid lösning samt den maximala mängden solute som kan sättas i solid lösning.
De enskilda kornen är i allmänhet alltför bra att lösa med bara SEM. Följaktligen krävs Transmission Electron Microscopy (TEM) för att lösa enskilda kornen inom ett mekaniskt legerade pulver. TEM provberedning beror på huruvida de legerade pulvret har konsoliderats in i en tät, samlingsprovet eller inte. Om pulvret inte är en konsoliderad samlingsprovet, en dual beam fokuserade ion beam (FIB) / svepelektronmikroskop (SEM) används till hiss-out och tunn en lamell av preparatet till elektron öppenhet22. Lamellerna kan tas från en enda, lös partikel eller från polerad SEM (3mm kompakt) prov där tvärsnittet av enskilda partiklar utsätts. För bulk exemplar, är en 3 mm diameter skiva stansade ut med en skiva punch. 3 mm skivan mals sedan ner till cirka 100 µm. Nästa, en dimple grinder används för att skapa en grop i mitten av skivan. Tjockleken på botten av grop har ett idealiskt läge, mindre än 10 µm. När önskad dimple djupet uppnås, är provet ion slipat tills elektron transparent.
TEM analysen utförs på 200 keV med Mikroskop utrustat med skanningsfunktion överföring elektronmikroskop ((S) TEM). Författarna har utnyttjat både standard TEM och stam-baserat imaging teknik beroende på funktionerna Mikrostrukturens utreds. Med det sagt, har författarna funnit stjälken ljusa fält och STEM-hög vinkel ringformig mörka fält (HAADF) som två extremt kraftfulla tekniker. STEM ljusa fält har utnyttjats med enorm framgång imaging/lösa korn över stora områden av ett prov medan samtidigt belysa förekomsten av partiklar/kluster och tvillingar. Den kontrast som genereras i en stam-HAADF bild är baserad på z-kontrast, dvs. atomnummer element i ett prov, som är ett kraftfullt sätt att få insikt i den relativa kemin av varierande Mikrostrukturens funktioner. Figur 7A är en stam ljusa fältet bild av en Cu-10Ta (at.%) provet lika kanal kantiga extruderad (AE1A) vid 900 ° C vilket möjliggör kornen lösas klart över ungefär 1,5 µm2 område. Inom denna bild, kan ungefär femtio korn mätas för deras kornstorlek. Således gör tar flera bilder av motsvarande förstoring för korn storlek statistik skall fastställas och histogram genereras. Figur 7B är en stam-HAADF bild tagen från samma område av provet och tydligt skiljer den höga numrera tätheten av Ta partiklar samt det breda utbudet av deras storlekar. Denna bild kan användas på ett liknande sätt som den ljusa-fält bilden, men denna gång för att mäta Ta partikelstorlek möjliggör ett histogram som belyser fördelningen av partiklarnas storlek ska genereras. Siffrorna 7 c och 7 d siffror är STEM ljusa fält och HAADF bilder tagna av en Cu-10Ta (at.%) provet AE1A bearbetas vid 700 ° C visar en större Ta partikel (~ 40 nm diameter) omgiven av många andra Ta partiklar varierar i diameter från ungefär 5 till 20 nm. Ta större partikeln har också en unik Mikrostrukturens funktion närvarande med partiell skal bildas runt dess nedre halvan.
Atom sonden tomografi (APT) analysen utförs sedan för att ytterligare förstå de viktigaste funktionerna i pulvret (figur 8A). Figur 8B visar de två visning-portar som används för manövrering prover från mellanlagringsplatsen karusellen till avdelningen som analys. Figur 8 c visar båda belastning lås och buffert kammaren med gate ventilen separera de två kamrarna i atom sonden systemet. Load låset är där nya prover är laddade och gamla prover tas bort. Buffert kammaren hus prover som väntar på granskning i analys kammaren.
Innan atom prover/sondspetsar kan placeras i kammaren, tipsen är lyfte ut på prefabricerade Si inlägg sedan annularly slipat med en dual beam SEM/FIB. Kolumnen ion drivs generellt på en balk ström 30 keV under hela förfarandet och endast sjunkit till 5 keV i sista sanering steg att minimera Ga ion implantation inom det sista tipset innan du utför analysen. Den balk nuvarande används varierar kraftigt beroende på lätthet med vilken de materiella bruken. Författarna har utnyttjat både spänning och laser-läge för att köra olika nanokristallin-baserade materialsystem. Spänning läget används när ett prov är mycket ledande och har låg benägenhet för spräckning under löpning, medan laser-läge används för icke-ledande material och/eller dessa prover med hög benägenhet för fraktur i spänning-läge. De insamlade atom probe data analyseras sedan med hjälp av en lämplig programvarupaket. Atom sonden har varit anställd att kvantifiera hög numreratätheten Ta partiklar förekommer i Cu-10Ta 23, som är nyckeln till de enastående egenskaperna hos detta material vid förhöjda temperaturer 24. Dessutom i pågående forskning, har detta verktyg identifierat förekomst av WO2 partiklar i elförzinkad NiW legering (figur 9A). Figur 9B visar förekomst av Na partiklar inom atom sondens spets. Figur 9 c visar WO2 och Na partiklar samtidigt. Figur 9 d är masspektrum för joner med en massa att debitera statligt förhållande från 0 till 19 Dalton (Da). Att identifiera och kvantifiera segregering både WO2 och Na partiklar till denna nivå går inte via någon annan analys teknik. Således, karakterisering med SEM, TEM och APT är grundläggande för att fullt förstå mikrostrukturen och mekanismer på spela i mekaniskt legerade nanokristallin pulver.
När den termiska stabiliteten och styrkan i nanosized pulver var fullt uppskattade, blev det uppenbart att en konventionell pulver bearbetningsmetod som enaxlig pressning och sintring, medan genomförbart, inte var en rekommenderad metod. En metod som erbjuds en kombination av temperatur och en tillämpad skjuvspänningen var behövs för att garantera full förtätning av pulvret komprimerar. Därför undersöktes användningen av lika kanal kantiga extrudering (AE1A) som en metod. I denna metod utsätts ett vedträ - antingen bar eller platta form - för en ren stat av skjuvning som den extruderade genom en L-formad kanal25,26,27. Som vedträ inte upplever en betydande förändring i dimensioner under extruderingsprocessen, kan det genomgå flera gånger tills önskad mängd av skjuvning (och vid förlängning Mikrostrukturens förfiningen) har varit förmedlade. Slutligen, vedträ kan roteras mellan varje pass för att generera den önskade graden av struktur i den sista delen. Som ett resultat, är det möjligt att uppnå en slutlig extrudate med betydligt raffinerade mikrostruktur och önskad textur. En schematisk och en delvis extruderad vedträ som visar den dramatiska förändring av kornstorlek och orientering i vydelen extruderad i förhållande till den icke-bearbetade delen visas i figur 10A och figur 10B, respektive.
US Army Research Laboratory har aktivt används AE1A bearbetning i talrika insatser under det senaste decenniet. Pressen är kapabel att bearbetning billets med en hastighet som höga 2,5 cm s-1 enligt tillämpad maxlast 345 t, med en maximal die temperatur på 350 ° C (Fig. 11A). Prover som kräver en högre bearbetning temperatur är förvärmd i en ugn, box intill ramen. Efter önskad förvärmning regimen är klar, provet överförs snabbt till tärningen och extrudering började genast. Den inledande AE1A tryck kapacitet fokuserade på rektangulära billets postgirotjänster 1,91 cm fyrkantig × 22,8 cm långa (Fig. 11B). Fortsatt uppgraderingar i kapacitet har resulterat i förmågan att behandla 15 × 15 × 1.27 cm3 samt 30 × 30 × 2.5 cm3 plattor.
Mer import för denna diskussion, dock är faktumet att AE1A används rutinmässigt att konsolidera ett brett spektrum av pulver inte lätt konsolideras av andra innebär 28,29,30. I den strategi som fastställdes i ARL, introduceras den önskade mängden som slipat pulver i en hålighet som bearbetas i en nickel spö (t.ex., en ”nickel kan”). Pulvret är infört i kaviteten, tappas det rutinmässigt för att minimera eventuella fyllning inducerad porositet. När önskad mängd pulver läggs, öppningen är ansluten och sedan svetsas shut. Det är viktigt att notera att ”pulver konservering” processen sker inuti en argon fylld handskfacket för att minimera införandet av syre. Hittills har denna process används för att förbereda ”burkar” av båda Cu-Ta och oxid dispersion förstärkt (ODS) FeNiZr alloy pulver, med de exakta protokoll som beskrivs nedan.
Från och med 2011, en serie av nanokristallin (t.ex., Cu-Ta, FeNiZr) legeringar som visade anmärkningsvärd korn tillväxt motstånd och termisk stabilitet har utvecklats ARL12,18,19,31 ,32. Som det blev uppenbart att konventionella pressen och sinter bearbetning metoder inte var lämplig, blev AE1A det primära sättet för att konsolidera små prover lämpar sig för testning. Som ett första steg i AE1A bearbetning, var nickel burkar laddad med som slipat pulver jämviktas i en box ugn rensas med ren Ar gas vid en förutbestämd temperatur (t.ex. 700 ° C). Skakade burkarna var då snabbt bort från ugnen, tappats i verktyget AE1A förvärmts till önskad temperatur och extruderade i extrudering takt 25,5 mm s-1. Denna procedur upprepades fyra gånger följa rutt Bc (definierad som 90° rotation i samma riktning mellan passerar 33). Fyra på varandra följande extrudering passerar resulterade i en total stam av ~ 450%. Svepelektronmikroskopi anges att proverna konsoliderades fullt med inga bevis för porositet eller tidigare partikel gränser. Korn storlek mätningar anges vidare, ingen märkbar korn tillväxt skett under AE1A bearbetningen.
Senaste bearbetning ansträngningar har fokuserat på uppskalning storleken på delar som tillverkas från de FeNiZr nanokristallin alloy pulver. Det första försöket med uppskalning används varma isostatiska trycka (HIP). I detta försök, kan som slipat FeNiZr pulver lästes in i ungefärligt 10 g massor till en öppen aluminium ligger inuti en inert atmosfär handskfack. Efter varje tillägg av pulver, pulver lasten i kan har komprimerats med en manuellt manövrerad hydraulisk press till ungefärligt 50 kN kraft. Före tätning kan, var det varmt inuti en ugn vid ca 200 ° C under 24 h. En vakuumpump fästes för att dra ut fukt från inuti burken. Kan var sedan svetsas shut (figur 12A) och placeras inuti enheten HIP (figur 12B) för bearbetning. Varma isostatiska trycka utfördes på en rad prover vid temperaturer från 600-1000 ° C och ett tryck av 207 MPa. Men oavsett temperaturen används, alla prover visas en maximal densitet på ~ 96%.
Eftersom höften inte var kapabel att producera helt täta prover, ytterligare utfördes insatser med en konventionell extrudering tryck. För detta synsätt packades aluminiumburkar som mäter cirka 7,5 cm i diameter 11 cm i höjd med Fe-Ni-Zr pulver på ett sätt som liknar de mindre prover som beskrivs tidigare. Före den faktiska extrudering värmdes extrudering plenisalen, die innehavaren, och die till temperaturer från 400 till 450 ° C. När vedträ nått en jämvikt temperatur av ° C 1000, var det snabbt drog från ugnen och lastas in i värme kammaren extrudern. Efter lastning var vedträ pressad på cirka 1 cm s-1 med förhållandet 2:1 och 3:1. För säkerhet och praktiska skäl, var billets inte fullt drev igenom den extrudering dör. Efter slutförandet av en full extrudering cykel, dies var bort från die-innehavaren medan den fortfarande är varm, och sedan får svalna. Wire elektrisk urladdning bearbetning (EDM) användes sedan för att klippa dies från de extruderade billets. 1000 ° C högre temperatur tillåtet för en framgångsrik extrudering (figur 12 c). Ytterligare profiler är planerade, med avsikt att optimera bearbetningsparametrar och materialegenskaper som baseras på en detaljerad analys på de extruderade billets.
I ett försök att utveckla avancerade material kan mötet prestandakraven dikteras av unika operativa miljöer, US Army Research Laboratory har ägnat betydande resurser för att upprätta en nanokristallin forskningscentret metaller . Som kortfattat beskrivs i denna rapport består Labbet av en mängd utrustning och expertis ägnas åt bearbetning och karakterisering av romanen metallpulver, samt den efterföljande konsolidering och prestanda utvärderingen av bulk nanokristallin delar. Aktuella insatser i Cu-Ta och FeNiZr legeringar har visat förmåga att framgångsrikt övergång från småskaliga forskningsinsatserna till större program som har tillåtit för ”fullskalig” testning av dessa material i en mängd olika förhållanden (t.ex., spänning, trötthet, krypning, chock och ballistiska utvärdering) som har inte tidigare varit lätt fulländat. Framtida insatser kommer att fokusera på övergången av dessa spännande material till en rad faktiska komponenter, samt fortsatt utveckling av nya system för legering.
Figur 1 : Pulver bearbetning Labs på armén forskning Lab. (A) småskalig syntes lab används för produktion av små serier (10 g) av romanen pulver. Hög energi shaker mills som fungerar över en rad temperaturer samt specialiserade testutrustning är viktiga utrustning som finns i labbet. (B) storskaliga syntes lab där lovande alloy pulver produceras i upp till 1 kg partier. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 2 : Kritiska komponenter av hög energi horisontella roterande boll kvarnen används i stor skala syntes av nanokristallin pulver. (A) Flygbolaget gas urladdningsenhet, B) representant 8 L fräsning burkar, C) småskalig hög energi horisontella roterande boll mill. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 3 : Liten skala pulver syntes under omgivningsförhållanden. (A) modifierad hög energi shaker kvarn som kan operera från -20 till 24 ° C och upp till 2200 cykler per minut. (B) Schematisk bild av hög energi fräsning processen för formuläret nano-strukturerade/nanokristallin pulver. (C) resulterande pulver (genomsnittliga partikel storlek 40 µm dvs ~ -325 mesh) att ha en inre kornstorlek 10 nm. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 4 : Liten skala kryogena fräsning av nanokristallin pulver. (A) modifierad hög energi shaker kvarn som kan arbeta vid kryogena temperaturer. (B) flaskan direkt efter borttagning från cryomilling. (C) Standard injektionsflaska visar antalet lager vanligtvis används. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 5 : Maskinvarusystem i samband med storskaliga hög energi horisontella roterande boll mill. (A) bilder av större kvarnen. (B) höghastighetståg rotor med flera blad. (C) insidan yta fräsning burk. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 6 : Schematisk av fräsning processen för två element system. Upprepade kollisioner mellan fräsning media och pulver resulterar i en rad resulterande mikrostrukturer. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 7 : Representativa Mikrostrukturens funktioner erhålls genom högupplöst elektronmikroskopi. Ljusa (A) stam-fältet och B) stam-HAADF bilder tagna från samma område av Cu-10Ta (at.%) provet AE1A bearbetas vid 900 ° C; Ljusa C) stam-fältet och D) stam-HAADF bilder tagna från samma område provvikt Cu-10Ta (at.%) AE1A bearbetas vid 700 ° C. STEM-baserade tekniker ha varit nödvändigt att belysa funktionerna Mikrostrukturens reglerar utestående mekaniska egenskaper i CuTa legeringar samt andra nanokristallin pulver baserat material. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 8 : Atom sonden tomografi är ett värdefullt verktyg i att analysera olika pulver produceras på ARL. (A) full atom sonden tomografi systemet. (B) förstorad bild visar två visning portar på buffert förbränningskammaren. (C) en närbild av belastning lås och buffert kammaren. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 9 : Representativa elementärt kartor erhållits under atom sonden tomografi. (A) 3D atom karta visar endast W (röda sfärer) och WO2 (blå sfärer) atomer; (B) 3D atom karta visar endast W (röda sfärer) och Na (gröna sfärer) atomer; (C) 3D atom karta visar endast W (röda sfärer), WO2 (blå sfärer) och Na (gröna sfärer) atomer; (D) masspektrum visar förhållandet massa avgift-stat från 0 till 19 Da, vilket är de lägre atomnummer element som är svårast att identifiera och kvantifiera använder andra analystekniker. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 10 : Lika kanal kantiga extrudering har framgångsrikt använts för att producera helt täta cylindrar från legerade pulver. (A) Schematisk bild av AE1A processen visar hur säden förfining uppstår som materialet passerar genom den 90 ° böj i die. (B) optisk Mikrograf av en delvis AE1A behandlas provet visar förändringar i kristallkorn. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 11 : Lika kanal kantiga extrudering Tryck för närvarande på plats vid armén forskning Lab. (A) i sin nuvarande konfiguration är AE1A pressen kan bearbeta 19 × 19 × 228 mm3 fyrkantiga billets. Pressen har också förmågan att bearbeta 152 × 152 × 12.7 och 304 × 304 × 25.4 mm3 plattor. (B) close-i fotografi visar hur vedträ förs in i topp i die. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 12 : Het isostatisk pressning och extrudering är två metoder som vanligen används för att konsolidera bulk prover från start pulver. En) förseglade höft kan redo för införande i B) HIP enhet. (C) delvis extruderad FeNiZr billets. Provet på vänster är en 1:3 baserat på extrudering medan kubbar i mitten och är höger en 1:2 baserat extrudering.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Jämfört med andra syntes tekniker, mekaniska legeringsämnen är en extremt mångsidig metod för att tillverka metall och legerat pulver med kornstorlekar << 100 nm. Mekaniska legeringsämnen är faktiskt en av de få sätten i vilka stora volymer av Nanostrukturerade material kan produceras på ett kostnadseffektivt och enkelt skalbart sätt. High-energy bollen fräsning har dessutom visat sig kraftigt öka gränsen för fast löslighet i många metalliska system där jämvikt rumstemperatur löslighet annars inte finns. Detta möjliggör nya typer av legeringar ska produceras vilket inte är möjligt med andra jämvikt bearbetningsmetoder.
Även om inte nödvändigtvis krävs, korrekt beredning av fräsning media (t.ex., beläggning körningar) rekommenderas för att minimera mängden föroreningar som infördes i det slutliga pulvret. Likaså, hantering av pulvret, antingen före eller efter fräsning, bör utföras i en kontrollerad atmosfär handskfacket för att minimera exponeringen för syre eller fukt kontaminering. Slutligen, noggrannhet och försiktighet bör användas i öppna injektionsflaskan med fräsning efter en process som kör, som injektionsflaskan kan potentiellt bli trycksatt under fräsning av pulver under vissa driftsförhållanden.
Ändringar i rumstemperatur fräsning av pulver är ofta krävs för att uppnå önskat resultat. Exempelvis används cryomilling att minska plasticitet för valda pulver för att säkerställa att partiklarna är uppdelade under fräsning. En process kontroll agent såsom stearinsyra kan alternativt också användas för att minska partikel gytter under fräsning. Användningen av dessa metoder bestäms på grundval av fall.
Även mekaniska legeringsämnen är en hållbar process för mest metallpulver, finns det vissa fall där användningen är problematisk. Specifikt, kräver mekaniska legeringselement den överföring blandning och blandning av grundämnen eller föreningar, graden av som påverkas mycket av energin som fräsning och fräsning tid samt skillnaden i fysiska egenskaper såsom hårdhet, duktilitet och relativa lösligheten av komponenter. Fräsning energi är en parameter som kan ändras inom en storleksordning eller så, men okända, som är en relativt fast kvantitet och därför graden som föreningar eller fasta ämnen kan bildas i någon given experiment kan vara begränsad baserat på fysiska och termodynamiska parametrar som styr mekaniska egenskaper och löslighet. Utvidga fräsning tid att åstadkomma ytterligare förbättringar eller blandning platser praktiska kostnaden begränsar på produktionen av pulver och måste utvärderas mot prestanda-kostnad avvägningen. Dessutom lett ökade fräsning gånger kan till förhöjda förorening via växelverkan av pulver med fräsning media eller atmosfär. Högre halter av föroreningar kan dramatiskt förändra fysiska egenskaper och prestanda av pulvret och eller konsoliderade delar.
Denna rapport har detaljerade användningen av mekaniska legeringsämnen för att producera nanokristallin metallpulver passar både forskning och industriella studier. Som den fulla potentialen hos dessa material är erkänd genom testning av bulk prover och/eller komponenter, de är sannolikt att hitta utbredd användning i en mängd olika industriella sektorer (t.ex., flyg, fordon, försvar, elektronik, etc.).
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).
