Estudo da estrutura atômica local da liga Zr55Cu35Al10 em torno de Tg

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 9207 (2023) Cite este artigo

Detalhes das métricas

Como resultado do exame da estrutura da liga Zr55Cu35Al10 em torno da temperatura de transição vítrea (Tg) usando as simulações clássicas de dinâmica molecular, foi comprovado que as ligações atômicas nas zonas de interconexão (i-zones) se soltaram com a pequena quantidade de absorção de energia , e tornou-se facilmente volumes livres quando a temperatura se aproximou de Tg. Em vez de i-zones, quando os aglomerados foram amplamente separados por redes de volume livre, a estrutura amorfa sólida foi convertida em estado líquido super-resfriado, resultando em uma redução acentuada da resistência e a grande mudança de plasticidade de uma deformação plástica limitada para superplasticidade.

Pensava-se que a distribuição atômica do líquido na temperatura acima do liquidus era aleatória e uniforme. Porém, com o desenvolvimento de diversas técnicas de detecção, constatou-se que os átomos no líquido apresentavam ordem de curto e médio alcance. Um novo metal vítreo com arranjos atômicos desordenados de longo alcance - os vidros metálicos eram freqüentemente chamados de líquido metálico congelado. O modelo topológico de arranjo completamente desordenado dos átomos tem sido símbolo do modelo de arranjo atômico da liga amorfa por muito tempo após a descoberta da liga amorfa1,2,3,4,5. O volume livre significa a diferença de volume entre o arranjo completamente desordenado dos átomos e o arranjo ordenado das formas cristalinas. A fração de volumes livres é frequentemente determinada pelas mudanças no volume de ligas amorfas antes e depois da cristalização. O conceito de volume livre é amplamente utilizado para explicar as propriedades físicas e mecânicas dos vidros metálicos6,7,8,9,10. No entanto, pesquisadores descobriram que os vidros metálicos preparados em diferentes taxas de resfriamento possuem diferentes propriedades mecânicas, e os vidros metálicos preparados em diferentes temperaturas de líquido têm diferentes propriedades térmicas e apresentam diferentes processos de cristalização, o que significa que o arranjo atômico no líquido metálico congelado é não completamente desordenado, os tecidos congelados sob diferentes temperaturas devem ter uma estrutura ordenada de curto e médio alcance correspondente, mudando com a taxa de resfriamento11,12.

Os vidros metálicos apresentam resistência extremamente alta próxima ao valor teórico e uma deformação elástica incomumente grande por causa de sua característica estrutural única13,14,15. Em comparação com o alumínio, titânio, ligas de cobre e aço, a resistência dos vidros metálicos à base de Zr é mais que o dobro do Ti6Al4V e do aço inoxidável 17-4ss. A deformação elástica linear é idealmente mantida até o ponto de escoamento, que é mais que o dobro das ligas comuns. Embora os vidros metálicos tenham resistência mecânica e propriedades físicas extremamente altas, sua plasticidade macroscópica é muito baixa. Após a grande deformação elástica linear e atingindo o limite de escoamento, o vidro metálico é deformado pelo movimento da banda de cisalhamento altamente localizado16,17,18,19. A espessura das bandas de cisalhamento é de apenas dezenas de nanômetros. Embora haja uma grande quantidade de deformação na zona de cisalhamento, o vidro metálico quebra apenas quando várias ou apenas uma zona de cisalhamento é deformada, de modo que a deformação da ductilidade, que é muito menor que 1%, é frequentemente mostrada como tendo quebrado após atingir o limite de rendimento20,21,22.

Uma compreensão da relação estrutura-propriedade é o objetivo fundamental para o estudo de estruturas atômicas. Como esclarecer a relação entre os modelos estruturais e as propriedades físicas e mecânicas dos materiais vítreos é importante23,24. A calorimetria exploratória diferencial (DSC) mostrou absorção de energia de 0,79W/g durante a transição vítrea. No entanto, quando o vidro metálico à base de Zr passa para o estado líquido super-resfriado do sólido amorfo à temperatura ambiente, ele só precisa absorver pouca energia, acompanhada por uma forte redução de resistência de 2.000 a 70 MPa e a grande mudança de plasticidade de um limitado deformação plástica à superplasticidade. Como a absorção de baixa energia altera a estrutura atômica dos BMGs e traz propriedades mecânicas semelhantes às dos líquidos? As relações estrutura-propriedade estão relacionadas não apenas ao empacotamento atômico geometricamente, mas também às propriedades de ligação entre átomos, nas quais o comprimento de ligação é um dos fatores mais importantes29,30.