Impressão de liga amorfa em massa à temperatura ambiente

Scientific Reports volume 5, Artigo número: 16540 (2015) Citar este artigo

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Apresentamos investigações sobre o comportamento de deformação plástica de uma liga amorfa frágil por carregamento compressivo uniaxial simples à temperatura ambiente. Uma padronização é possível pela formação de plástico a frio da liga amorfa a granel à base de Hf, tipicamente frágil, através do controle do fluxo homogêneo sem a necessidade de energia térmica ou modelagem em temperaturas elevadas. A evidência experimental sugere que existe uma inconsistência entre a plasticidade macroscópica e a deformabilidade de uma liga amorfa. Além disso, a impressão de características geométricas específicas em folhas de Cu e vidro metálico à base de Zr é representada pelo uso da liga amorfa a granel padronizada como matriz. Estes resultados demonstram a capacidade das ligas amorfas ou dos vidros metálicos de replicar com precisão características de padronização em metais convencionais e em outras ligas amorfas. Nosso trabalho apresenta um caminho para evitar a fragilização de ligas amorfas associadas à conformação termoplástica e produz uma nova visão sobre a aplicação de conformação de ligas amorfas a granel à temperatura ambiente sem o uso de tratamento térmico.

Os tratamentos termomecânicos de conformação e conformação são processos metalúrgicos bem conhecidos que são empregados em ligas metálicas cristalinas convencionais, como aços, latão, etc., a fim de explorar seu uso em aplicações de engenharia . No entanto, os materiais metálicos cristalinos não são ideais para peças de alta precisão devido à limitação da rugosidade superficial pelos seus grãos. Ligas amorfas, especialmente vidros metálicos (MGs), são altamente atraentes para materiais de impressão ou padronização em escala fina devido às suas propriedades mecânicas excepcionais combinadas com o fato de serem intrinsecamente livres de limites de grão . Os processos de formação termoplástica (TPF) de vidros metálicos na região líquida super-resfriada (entre a temperatura de transição vítrea, Tg e a temperatura de cristalização, Tx) via fluxo homogêneo têm sido o método mais comumente explorado para a formação de metais vítreos. Por exemplo, Saotome et al. desenvolveram um método para configuração de estruturas tridimensionais por microformação de vidro metálico à base de Pt8,9. Kumar et al. obteve suavidade superficial atomística através de TPF de vidro metálico à base de Pt, Hasan et al. demonstraram padronização de vidro metálico à base de Pt por TPF para aplicação funcional e Chu et al. mostraram nanoimpressão de grades em vidro metálico à base de Pd pelo processo TPF, respectivamente . Além disso, taxas de deformação alcançáveis ​​e formas significativas através da moldagem por sopro termoplástico de vidros metálicos à base de Zr e vidros metálicos à base de Pt para a fabricação de ressonadores hemisféricos foram relatadas por Schroers et al.12,13. Além disso, Chiu et al. explorou o efeito dos parâmetros de processamento no método de extrusão termoplástica para criar objetos de vidro metálico à base de Zr .

O fluxo plástico da liga amorfa a granel à temperatura ambiente (TA), no entanto, normalmente ocorre de forma não homogênea e está localizado em bandas de cisalhamento estreitas, resultando em falha catastrófica . Como resultado, as ligas amorfas em massa apresentam fragilidade macroscópica ou plasticidade limitada em comparação com ligas cristalinas à temperatura ambiente. A fim de aumentar a confiabilidade das ligas amorfas a granel, o aumento da plasticidade é uma questão crucial para a sua utilização em aplicações de engenharia. É amplamente aceito que as maneiras mais comuns de obter deformabilidade substancial de liga amorfa em massa, conforme necessário em aplicações de modelagem, são: 1) Adicionar uma segunda fase dúctil (por exemplo, partículas cristalinas) 16,17, 2) confinar a geometria de deformação de modo que bandas de cisalhamento não podem se propagar através da amostra e causar falha3,18 ou 3) aumentar a temperatura de processamento dentro ou perto da região do líquido super-resfriado, utilizando assim comportamento de fluxo viscoso (deformação homogênea) em temperaturas elevadas, ou seja, TPF2,3. As principais limitações das abordagens 1 e 2 são que elas dependem da geração abundante de bandas de cisalhamento, o que é prejudicial à superfície nas aplicações de conformação2. A abordagem 3 pode evitar a formação de bandas de cisalhamento, no entanto, quando uma liga amorfa é reaquecida acima ou perto da sua temperatura de transição vítrea, Tg, ela relaxará no líquido super-resfriado metaestável e eventualmente cristalizará. Em particular, a fragilização causada tanto pelo recozimento sub-Tg (relaxamento estrutural) quanto pelo recozimento acima de Tg. A fragilização causada pelo recozimento sub-Tg pode ser restaurada ou evitada durante o TPF por um curto recozimento acima do Tg, no entanto, esses processos térmicos podem ser difíceis de controlar . Em vez disso, a cristalização por recozimento excessivo foi identificada como a fonte de fragilização acima da Tg e mesmo os estágios iniciais do processo de cristalização geralmente levam a uma fragilização significativa .