Structural and Mechanical Property Investigation of Metallic Glasses

Titel in Übersetzung: Strukturelle und Mechanische Eigenschaftsuntersuchung von Metallischen Gläsern

Amir Rezvan

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

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Abstract

Die strukturmechanischen Eigenschaftsbeziehungen von metallischen Massivgläsern (engl.: bulk metallic glasses (BMGs)) werden in verschiedenen Testdomänen bewertet. Durch die Anwendung einer Reihe von materialwissenschaftlichen Konzepten wird eine umfassende Charakterisierung erreicht, die Informationen über thermomechanisch getriebene Strukturrelaxation und Kristallisationsverhalten in bestimmten Gruppen fortschrittlicher glasartiger Mehrkomponentensysteme liefert. Im Einzelnen werden folgende Untersuchungen an gewählten Legierungsgruppen durchgeführt: Der Einfluss von starker plastischer Verformung (SPD) ausgelöst durch Hochdrucktorsion (HPT) und isotherme Wärmebehandlung (HT) unterhalb des Glasübergangs auf die Struktur-Eigenschafts-Beziehungen vom Cu46Zr46Al8 BMG wurde separat und abwechselnd untersucht in Bezug auf den Gusszustand. Kontrollierte Kristallisation wurde durch HT erreicht, und HPT wurde anschließend verwendet, um Kristalle in der gesamten Glasmatrix zu dispergieren. Die Dispersion der zweiten Phase verbesserte die thermomechanische Stabilität im Bereich der unterkühlten Flüssigkeit. Das viskoelastische Verhalten von vier verschiedenen BMG-Systemen, d. h. Cu46Zr46Al8, Cu44Zr44Al8Co4, Cu44Zr44Al8Hf4 und Cu44Zr44Al8Co2Hf2, wurde hinsichtlich seiner Verformungsmodusabhängigkeit mittels dynamisch-mechanischer Analyse (DMA) in 3-Punkt-Biegung (TPB) untersucht, Spannungs- und Torsionsmodi. Die Kristallisation verringert den viskoelastischen Beitrag, während die plastische Verformung zu einer Erhöhung der atomaren Mobilität führt. Im Vergleich zu Cu46Zr46Al8, führt 4 at. % Co-Zugabe in der amorphen Cu46¿x/2Zr46¿x/2Al8Cox-Legierung zu einem Glas, das eine relativ höhere thermomechanische Stabilität um seinen Glasübergang herum aufweist. Ti40Zr10Cu36Pd14-BMG ist als Material für orale Implantate vorgesehen, und seine Eigenschaften wurden im Vergleich mit dem Goldstandard-Implantatmaterial Ti¿6Al¿4V bewertet. DMA zeigte, dass diese Materialien thermomechanisch zu Implantaten geformt werden können. Hochauflösende Transmissionselektronenmikroskopie und Röntgenphotoelektronenspektroskopie zeigen die Bildung einer 15 nm dünnen Kupferoxidschicht auf Ti40Zr10Cu36Pd14 BMG. Im Gegensatz zu Titanoxid, das auf Ti¿6Al¿4V gebildet wird, ist Kupferoxid hydrophob und seine Bildung verringert die Oberflächenbenetzbarkeit. Eine geringere Besiedlung der Oberfläche mit Bakterien wurde durch Feldemissions-Rasterelektronenmikroskopie und Fluoreszenzbilder bestätigt. Die Aussichten von Ti40Zr10Cu36Pd14 BMG als orales Implantatmaterial werden hinsichtlich der Verarbeitung und der strukturabhängigen mechanischen Eigenschaften weiterentwickelt. Es werden Einblicke in die möglichen Verarbeitungswege gegeben, wobei Hochtemperatur-Formpressen über einen optimierten Prozess eingesetzt wurde, um sowohl die Kinetik der thermoplastischen Verformung zu bewerten als auch die bestimmten Eigenschaften der Legierung abzustimmen. Verarbeitete BMGs und BMG-Verbundwerkstoffe derselben Zusammensetzung weisen eine verbesserte thermomechanische Stabilität auf, wodurch mittels dynamisch-mechanischer Analyse eine hohe Festigkeitserhaltung bei um über 100 K höheren Temperaturen im Vergleich zum Guss-Zustand festgestellt wurde.
Titel in ÜbersetzungStrukturelle und Mechanische Eigenschaftsuntersuchung von Metallischen Gläsern
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Gradverleihende Hochschule
  • Montanuniversität
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Bera, Supriya, Beurteiler B (extern), Externe Person
  • Eckert, Jürgen, Betreuer (intern)
  • Sifferlinger, Nikolaus August, Mitbetreuer (intern)
  • Stockinger, Martin, Beurteiler A (intern)
DOIs
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2023

Bibliographische Notiz

nicht gesperrt

Schlagwörter

  • Metallische Gläser
  • Struktur
  • Verformung
  • Mechanische Eigenschaften
  • Viskoelastisches Verhalten
  • Oralimplantat
  • Bioaktivität

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