Massive metallische Gläser

Massive metallische Gläser (BGMs)

Kontakt: Dr. Sergio Scudino, Dr. Konrad Kosiba

Die klassische Weise ein Glas herzustellen basiert auf dem raschen Abschrecken einer Schmelze, so dass die Kristallisation kinetisch umgangen wird. Diese “Verglasung” kann sogar für multikomponentige metallische Werkstoffe erzielt werden, so dass BMGs resultieren. Die Struktur dieser cm-großen Festkörper ähnelt der von Flüssigkeiten wobei BMGs aufgrund der hohen Viskosität der Schmelzen entstehen. Die Abwesenheit von Translationsperiodizität, charakteristisch für die Struktur von kristallinen Werkstoffen, führt zu einer einzigartigen Kombination von Eigenschaften, einschließlich der Festigkeit nahe der theoretischen Grenze, ungewöhnlich hohe elastische Dehnung und Schadenstoleranz, die die von konventionellen kristallinen Werkstoffen übertrifft.

Zwei einschränkende Faktoren verhindern die weitgehende funktionale und konstruktive Anwendung dieser attraktiven Werkstoffe: (1) die kleine Progengröße, die von den Abkühlraten während des konventionellen Gußvorgangs bestimmt wird und (2) die begrenzte plastische Verformbarkeit bei Zimmertemperatur, die durch die Bildung und Ausbreitung von hoch-lokalisierten Scherbändern mit einer Dicke im Nanometerbereich erfolgt.

Unsere Forschungsaktivitäten um diese Probleme zu lösen gliedern sich in drei Schwerpunktaspekte:

Herstellung und Postprozessierung, um vorhandene Prozessierungsrouten zu optimieren und neue Methoden für die Herstellung und mikrostrukturelle Verbesserung von BMGs zu entwickeln.
Eigenschaften, um die Auswirkungen der Prozessierung auf die Charakteristiken von BMGs, insbesondere deren Plastizität und Scherbandbildung zu bewerten und zu optimieren.
Analyse, um den Verformungsmechanismus auf unterschiedlichen Längenskalen zu untersuchen, die die µm-Skala charakteristisch für Scherbänder bis hin zu strukturellen Umordnungen auf der atomaren Skala reichenumfassen.

Hausintern entwickelte Rascherhitzungsanlage

3-dim. Mikrohärtemappe eines geprägten Zr-basierten BMGs

Schematische Darstellung veranschaulicht die autokatalytische Aktivierung von Schertransformationszonen und deren lawinenartige Vereinigung

Verzerrungsfeld quer durch ein Scherband bestimmt mittels hochenergetischer Nanostrahl-Röntgenbeugung (links) und molekulardynamischer Simulation (rechts)

Ausgewählte Publikationen:

2020 - K. Kosiba, L. Deng, S. Scudino
Viscous Flow of Supercooled Liquid in a Zr-Based Bulk Metallic Glass Synthesized by Additive Manufacturing
Materials | Volume: 13 | P. 3803/1-10

2020 - L. Deng, A. Gebert, L. Zhang, H.Y. Chen, D. Gu, U. Kühn, M. Zimmermann, K. Kosiba, S. Pauly
Mechanical performance and corrosion behaviour of Zr-based bulk metallic glass produced by selective laser melting
Materials and Design | Volume: 189 | P. 108532/1-11

2019 - S. Scudino, R.N. Shahid, J.H. Han, J. Wright
Local elasticity and macroscopic plasticity in homogeneous and heterogeneous bulk metallic glasses
Applied Physics Letters | Volume: 115 | P. 141901/2-6

2019 - K. Kosiba, D. Sopu, S. Scudino, L. Zhang, J. Bednarcik, S. Pauly
Modulating heterogeneity and plasticity in bulkmetallic glasses: Role of interfaces on shear banding
International Journal of Plasticity | Volume: 119 | P. 156-170

2019 - S. Scudino
Mechanism of shear banding during cold rolling of a bulk metallic glass
Journal of Alloys and Compounds | Volume: 773 | P. 883-889

2018 - S. Scudino, D. Sopu
Strain Distribution Across an Individual Shear Band in Real and Simulated Metallic Glasses
Nano Letters | Volume: 18 | Issue: 2 | P. 1221-1227

2018 - S. Scudino, J.J. Bian, H. Shakur Shahabi, D. Sopu, J. Sort, J. Eckert, G. Liu
Ductile bulk metallic glass by controlling structural heterogeneities
Scientific Reports | Volume: 8 | P. 9174/1-7

2017 - S. Scudino, R.N. Shahid, B. Escher, M. Stoica, B.S. Li, J.J. Kruzic
Mapping the cyclic plastic zone to elucidate the mechanisms of crack tip deformation in bulk metallic glasses
Applied Physics Letters | Volume: 110 | Issue: 8 | P. 081903/1-4

2017 - D. Sopu, A. Stukowski, M. Stoica, S. Scudino
Atomic-Level Processes of Shear Band Nucleation in Metallic Glasses
Physical Review Letters | Volume: 119 | Issue: 19 | P. 195503/1-5

2017 - K. Kosiba, S. Pauly
Inductive flash-annealing of bulk metallic glasses
Scientific Reports | Volume: 7 | P. 2151/1-11