Summary
Este trabalho apresenta um breve panorama dos esforços em curso no laboratório de pesquisa do exército sobre o processamento de metais de nanocristalina em massa com ênfase nas metodologias utilizadas para a produção dos romance pós metálicos.
Abstract
Dado o seu potencial de melhorias significativas de propriedade em relação a suas contrapartes de grãos grandes, muito trabalho tem sido dedicado ao desenvolvimento contínuo do nanocristalina metais. Apesar desses esforços, a transição destes materiais da bancada do laboratório de aplicações reais está bloqueada pela incapacidade de produzir peças em grande escala que retêm as microestruturas nanocristalina desejado. Após o desenvolvimento de um método comprovado para estabilizar a estrutura do grão de nanosized a temperaturas próximas do que do ponto de derretimento do metal dado, o laboratório de pesquisa exército E.U. (ARL) progrediu para a próxima fase no desenvolvimento destes materiais - ou seja, a produção de peças de grande escala apropriadas para teste e avaliação em uma variedade de ambientes de teste relevantes. Este relatório fornece uma visão ampla dos esforços em curso no processamento, caracterização e consolidação destes materiais no ARL. Em particular, o foco é colocado sobre a metodologia utilizada para produzir os pós metálicos nanocristalina, em quantidades pequenas e em grande escala, que estão no centro dos esforços de investigação em curso.
Introduction
Metais nanocristalina preparados pela liga mecânicas de alta energia foram mostrados para apresentam resistência mecânica superior em comparação com suas contrapartes de granulação grossa. No entanto, conforme ditado por princípios termodinâmicos, nanocristalina microestruturas são sujeitos a grão aspereza em temperaturas elevadas. Como tal, processamento e aplicações destes materiais atualmente é limitada pela habilidade de criar microestruturas estabilizadas a granel. Dado o potencial destes materiais, dois métodos principais são perseguidos em um esforço para desenvolver tais sistemas. O primeiro, baseado em uma abordagem cinética, utiliza vários mecanismos para aplicar uma força de fixação sobre os limites de grão (GBs) para evitar o crescimento de grão. Típicos mecanismos empregados para pino que os GBs são fases secundárias (Zener fixando)1,2,3 e/ou soluto arrastar efeitos4,5. O segundo método, baseado em uma abordagem termodinâmica, suprime o crescimento de grão, reduzindo a energia livre de GB através de átomos de soluto de particionamento para o GBs6,7,8,9, 10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16.
Como o primeiro passo para o desenvolvimento de ligas com uma microestrutura de nanograined, estabeleceu-se o entendimento fundamental em termodinâmicos e cinéticos de princípios que governam o crescimento de grão e estabilidade microestrutural em temperaturas elevadas. Ciência computacional de materiais também foi usada para orientar o desenvolvimento da liga. Usando esses insights, lotes de pequena escala de vários pós liga foram produzidos usando alta energia de moagem e avaliados para uma ampla gama de propriedades físicas e mecânicas. Para os sistemas mais promissoras, técnicas avançadas de caracterização foram desenvolvidas para link totalmente a microestrutura do pó para as propriedades observadas e desempenho.
Simultaneamente, a infra-estrutura e equipamentos necessários para produzir componentes de maiorias de pós nanocristalina foi adquirida. Uma vez que este equipamento estava no lugar, a ciência de processamento necessária para consolidar totalmente materiais a granel de pós da liga foi desenvolvida através de uma série de experiências em pequena escala. Uma vez que as amostras em massa estavam disponíveis, uma série de experimentos foram realizados para entender a resposta mecânica destes materiais sob uma ampla gama de condições (tais como fadiga, fluência, taxa de alta tensão, etc.). O conhecimento adquirido com estas experiências tem sido utilizado para desenvolver espaços de possível aplicação que permitirão a comercialização das ligas nanocristalina estabilizada em massa.
Coletivamente, conhecer essas tarefas levou ao desenvolvimento de um centro de pesquisa de metais nanocristalina consistindo de 4 laboratórios principais dentro o exército E.U. pesquisa laboratorial (ARL). Este complexo de laboratórios representa um investimento total de USD 20 milhões e é o único que abrange aspectos de ciência fundamental, aplicada e fabricação. O objetivo principal destes laboratórios é ideias de prova de conceito de transição para os níveis de escala piloto e pré-fabricação. Ao fazê-lo, prevê-se que os laboratórios permitem a produção de peças protótipo, desenvolver o know-how necessário e ciência para processamento de escala de fabricação e permitir ligações internamente, bem como para os institutos de pesquisa externa ou parceiros industriais através da comercialização e a transição dessa tecnologia avançada em pó.
Conforme indicado anteriormente, o primeiro passo é identificar, produzir e avaliar rapidamente a novos protótipos de liga para ambos viabilidade de síntese e fabricação em partes do protótipo. Para fazer isso, foram construídos vários moinhos de abanador exclusivo, projetados de alta energia com a capacidade de processar pós sobre uma vasta gama de temperaturas de 196 ° C a 200 ° C. Como o nome implica, estes moinhos produzem cerca de 10-20 g de pós finos através da ação de agitação violenta que provoca impactos repetitivos entre pó e moagem média para produzir pós em que cada partícula tem uma composição proporcionalmente à a partir de mistura de pó de elemental. Enquanto adequado para o rastreio rápido de pós, moinhos deste tipo claramente não são adequados para a produção de pó em escala industrial (quase) (EG., quilogramas).
Dada a necessidade de produzir pó em grandes quantidades e em como contínua um processo possível, uma pesquisa foi realizada para identificar métodos potencialmente viáveis e equipamentos. Moinhos de bolas planetários usam um disco de apoio que gira na direção oposta do fraco orientado verticalmente, resultando em redução de tamanho de partícula devido à moagem e colisões causadas por forças centrífugas. Muitos tamanhos para faixa de moinhos planetários mais até aproximadamente 2 kg. Ao contrário de convencionais, moinhos, moinhos de attritor consiste de uma série de impulsores dentro de um cilindro vertical. A rotação de impulsores causar o movimento da mídia moagem, resultando em redução de tamanho de partícula através de colisões entre os rotores, bolas e pó. Moinhos de attritor maiores são capazes de produzir mais de 200 kg por corrida. Embora ambos estes moinhos oferecem um aumento significativo em tamanhos de lote em relação ao moinhos de agitador, eles não são capazes de executar de forma contínua mas devem ser carregados e descarregados manualmente para cada corrida.
Devido a estas deficiências, atenção deslocou-se a uma série de alta energia, moinhos de bola rotativa horizontal. Capazes de processar até 200 kg por lote, estes moinhos também são capazes de operar sob atmosferas inertes, bem como a vácuo. Finalmente, a câmara de moagem foi projetada com uma câmara que permite a remoção rápida e automatizada de pó quando foi concluído o processo de moagem. Combinado com um sistema de injeção de pó automático, isso significa que o moinho de esfera é capaz de rodar de forma razoavelmente contínua, tornando assim um sistema altamente viável para ambientes industriais. Devido a essas combinação de características, ARL tem recentemente adquiridos e instalados dois moinhos e está agora empenhada em "upscaling" esforços de processamento interno de pó.
Enquanto os esforços de transformação em pó representam um aspecto central dos esforços em curso, a caracterização e consolidação dos pós liga mais promissoras são também as áreas de pesquisa focalizada. Com efeito, conforme detalhado abaixo, ARL fez notáveis investimentos no requisito analítico e testar os equipamentos necessários para avaliar plenamente a principais características dos novos pós. Além disso, bem sucedida consolidação das amostras agora permite a escala completa convencional teste mecânico e caracterização (EG., tensão, fadiga, fluência, choques e avaliação balística) destes materiais que normalmente não tem sido possível para esta classe de material. Este artigo relata os protocolos utilizados na ARL para síntese inicial, scale-up, consolidação e caracterização de granel nanocristalina metais e ligas.
Os dois laboratórios para síntese de pó podem ser vistos na Figura 1. A figura 1A mostra o pó em pequena escala, processamento de laboratório que permite o rápido desenvolvimento de conceitos e design da liga. Este laboratório contém vários moinhos personalizados de alta energia com a capacidade de processo pós sobre uma escala das temperaturas (temperatura até 400 ° C) e 10 a 196 ° C. O laboratório também contém uma fornalha de tubo horizontal personalizado destinada para a rápida avaliação da estabilidade térmica e microestrutural (ex., estudos de crescimento de grão) de novas ligas metálicas. Finalmente, o laboratório também abriga várias configurações de teste mecânico artesanal exclusivo incluindo tensão cisalhamento soco e fluência de impressão dispositivos, bem como um estado-da-arte de nano-indenter instrumentado de teste. Uma vez que exaustivamente testado e mostrado promissor, ligas selecionadas são movidas para o laboratório de processamento de grande escala (figura 1B), onde a engenharia e fabricação de protocolos são desenvolvidos para permitir a grande escala (ex., quilograma) produção do pó específico. No total, os laboratórios representam um investimento total na ordem de 2 milhões de USD e abrange a transição do romance pós metálicos da bancada do laboratório para os níveis de fabricação de escala piloto, permitindo a produção de peças de protótipo.
Bola de alta energia mecânica trituração liga é um processo versátil para produzir nanocristalina metais e ligas em pó formulário17. Começando com pós de granulação grossas (normalmente significa grão tamanho ~ 5-10 µm), é possível obter nanocristalina pós com grão médio tamanho < 100 nm após a moagem. Esta moagem é realizada de rotina em um moinho vibratório/agitador. O frasco de trituração é preenchido com a quantidade desejada de pó, bem como bolas de moagem, normalmente o aço inoxidável. Este moinho abala os frascos em um movimento que envolve e volta oscilações com pequenos movimentos laterais, a uma taxa de aproximadamente 1080 ciclos min-1. Com cada movimento complexo que as bolas colidem um com o outro, impacto contra o interior do frasco e a tampa e, simultaneamente, reduzir o pó de tamanho mais fino. A energia cinética transmitida no pó é igual a metade da massa vezes o quadrado da velocidade média (19 m s-1) dos rolamentos. O poder do moinho, por exemplo. a energia entregue por unidade de tempo, aumenta com a frequência do moinho (15-26 Hz). Tendo o número de bolas e a frequência mais baixa por um período determinado de 20 h, o número total de impactos excede 1,5 bilhão. Durante esses impactos o pó passa por repetidos fraturando e cold-welding até o ponto onde os componentes são misturados ao nível atómico. Microscopicamente, esta mistura e o refinamento da microestrutura é facilitada pela deformação localizada em forma de bandas de cisalhamento, bem como uma alta densidade de luxações e defeitos de ponto que divide a microestrutura. Eventualmente, como o calor de colisão eleva a temperatura local, recombinação e aniquilação desses defeitos ocorre em um estado estacionário com sua geração. O defeito estruturas eventualmente, embora reorganização, resultado na formação de grãos de equiaxial menor e menor alto ângulo. Assim, bola fresamento é um processo que induz a grave deformação plástica manifestada pela presença de uma elevada densidade de defeitos. Este processo permite maior difusividade de elementos de soluto e o refinamento e a dispersão das fases secundárias e a global nanoestruturação de microestrutura.
Cryomilling de alta energia é um processo de moagem, semelhante de moagem de alta energia bola exceto pelo fato de que o frasco de trituração é mantido a temperatura criogênica durante o processo de moagem. Para alcançar uma temperatura uniforme no frasco, o moinho foi modificado como segue. O frasco de moagem é primeiro colocado dentro de uma manga de Teflon, que é então selada com uma tampa de Teflon. A manga é conectada a um dewar contendo o cryogen apropriado (nitrogênio líquido (LN2) ou argônio líquido (LAr)) através de aço inoxidável e tubulação plástica. O cryogen flui através da manga em todo o processo de moagem para esfriar o frasco de trituração e manter o frasco de moagem para a temperatura de ebulição da cryogen, tais como a 196 ° C para LN2 e-186 º C para o LAr. As baixas temperaturas de processamento criogênico levam à maior fragmentação de metais mais dúctil que de outra forma não pode ser moído em temperatura ambiente. Além disso, as temperaturas criogênicas reduzem processos de difusão tèrmica ativados como crescimento de grão e separação de fases, permitindo maior refinamento da microestrutura e solubilidade das espécies elementais insolúveis.
O moinho de esfera rotativa horizontal de alta energia é uma alta energia, sistema que consiste em um frasco de fresamento horizontal de aço inoxidável com um rotor de alta velocidade com várias lâminas fixadas sobre um eixo de accionamento de moagem. O pó a ser branqueado é transferido dentro do frasco junto com as bolas de moagem. Movimento das bolas e pó é conseguido através da rotação do eixo dentro do frasco. O eixo gira em alta velocidade e as bolas de moagem de aço colidem, aceleram e transferem sua energia cinética para os pós. A gama de rpm é 100-1000 e a velocidade média das bolas é 14 m s-1. Em particular, moinhos estão equipados para operar sobre uma escala de temperatura (-30 ° C a 200 ° C elevado) de moagem e podem ser atropelados sob vácuo (mTorr) ou em modo de pressão (1500 Torr) (utilizando vários tipos de gás de capa). Além da unidade de base, a fábrica está equipada com uma unidade de descarga de gás portador bem como assemblies de conexão que permite o carregamento e descarregamento de pó sob a capa de gás inerte. Este aparelho pode ser visto na Figura 2A , juntamente com um aço típico de 8L moagem jar (Figura 2B). Além da maior fábrica, ARL adquiriu uma fábrica de menor que foi convertida para ser executado sob azoto líquido (Figura 2). Este moinho pode produzir entre 100-400 g de pó transformado por ciclo.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. pequena escala síntese de pós nanocristalina sob condições ambientais
- Em uma caixa de luva de atmosfera controlada de argônio, coloque 10 g do elemento primário (ex., Fe em liga de FeNiZr) e 100 g de aço inox/ferramenta fresamento bolas no pote de trituração desejado.
Nota: O carregamento de pó em frasco dentro de uma caixa de luva de trituração é necessário para garantir mínima absorção de oxigênio e/ou umidade conteúdo 18,19. - Após o carregamento, feche o frasco e remova o porta-luvas. Após a remoção, garantir esse frasco é totalmente selado e carregar para a máquina de trituração adequado.
- Após a realização de um ciclo de moagem 1h, remova o frasco e a transferência de volta para a caixa de luva cheia de argônio.
Nota: Este curto prazo serve para cobrir todas as superfícies com o elemento primário, contribuindo assim para reduzir a transferência de contaminantes de trituração jar e mídia para a liga que está sendo produzida. - Para sintetizar os pós de ligas, adicione um total de 10 g de pó de elemental nas relações desejadas na jarra de moagem apenas revestida dentro da caixa de luva. Adicione a quantidade necessária de apenas revestido de bolas para o frasco de trituração, tal que existe uma proporção de 10:1 da massa das bolas de massa de pó. A tampa deve ser colocada e apertada no jarro de moagem antes da remoção da caixa de luva. Após a remoção, mais aperto da tampa deve ser realizada utilizando uma chave e um vício.
- Coloque o frasco no moinho do agitador de alta energia e operação de fresamento iniciar (normalmente por 20 h). Após a moagem é concluída, retire o frasco e transferi-lo para a caixa de luva. Com cuidado, retire a tampa e transferir o pó moído para o frasco da amostra desejada para o armazenamento.
Nota: Um moinho de abanador típico de alta energia usado em mecânica de liga é mostrado na Figura 3A. Um esquema mostrando como alta energia resulta em materiais nanocristalina de trituração é mostrado na Figura 3B, com uma imagem mostrando uma granulometria média final entre 10 e 500 µm, mostrado na Figura 3.
2. pequena escala síntese de pós nanocristalina sob condições criogênicas
- Execute revestimento executado para fresamento jar e bolas, como descrito nos passos 1.1-1.3.
- Na caixa de luva de atmosfera controlada, preencha revestido jar com a quantidade desejada de pós elementares de trituração e moagem de mídia. Depois de apertar o frasco, retire o porta-luvas.
- Coloque o frasco de trituração dentro de uma manga de Teflon e o PAC, que é então colocado no grampo do moinho agitador de alta energia.
- Abra o dewar contendo o cryogen e permitir fluxo por cerca de 30 min garantir que o frasco de moagem atingiu a temperatura desejada (196 ° C para nitrogênio líquido e-186 º C para argônio líquido).
- Ao atingir o equilíbrio, inicie a operação de moagem até a duração desejada tenha sido atingida. Após a conclusão, feche o dewar, Retire cuidadosamente o frasco de trituração da manga e colocá-lo na frente de um secador para trazê-lo à temperatura ambiente.
- Uma vez que o frasco de moagem atinge a temperatura ambiente, transferi-lo para dentro da caixa de luva de atmosfera controlada. Cuidadosamente Abra o frasco de trituração e transferir os pós para o frasco de armazenamento desejado.
Nota: Uma foto do moinho agitador de alta energia adaptado para uso em temperaturas criogênicas é mostrada na Figura 4A. Mostrado na Figura 4B é um frasco de fresamento imediatamente após ter sido removido de uma operação de cryomilling. A Figura 4 fornece uma ideia do número de bolas, normalmente usadas em uma operação de processamento de trituração.
3. grande escala síntese de pós nanocristalina
- Carregar os pós liga elementares necessários para uma jarra de vidro dentro de uma caixa de luva de argônio, selo e remover.
- Depois de anexar a embarcação para o moinho de esfera rotativa horizontal de alta energia, carrega aproximadamente 1 kg de rolamentos de esferas de aço inoxidável 440C dentro de um vaso de 8 L de aço inoxidável contido dentro de uma camisa de esfriamento.
Nota: Imagens de várias partes do moinho de bola rotativa horizontal de alta energia são mostradas na Figura 5. - Conecte a linha de gás argônio e linhas de refrigerante para o navio. Costas-preenchimento e purga do navio com gás argônio para retirar o ar.
- Utilizando uma válvula de esfera dupla, transferir os pós elementares liga dentro do vaso de moagem e em seguida, feche a válvula para selar a câmara.
- Conectem o vaso de moagem e depois volta-preencher o sistema de extração de pó e limpar o sistema de extração com gás argônio para retirar o ar.
- Início fluindo etileno glicol-25 ° c através do revestimento exterior do navio.
- Começa o processo de moagem para até 1 kg de pó elementar para a quantidade desejada de tempo (tipicamente 12-30 h), usando a energia rotacional de 400 a 800 rpm. Uma vez que a moagem é concluída, transferi os pós para um frasco sob atmosfera de argônio. Loja do frasco em um argônio cheio caixa de luva.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Cerca de 10 g de pó são produzidos por cada execução na fábrica de agitador de alta energia. Após a síntese bem sucedida de romance nanocristalina metais e ligas no moinho do agitador de alta energia, aumentar é conduzida em um moinho de esfera rotativa horizontal de alta energia.
Normalmente, pós nanoestruturados são gerados usando processos, onde o tamanho de grão de uma pequena quantidade de pó é refinado, de moagem de alta energia cerca de 10 g por lote. Isto é satisfatório em uma pequena escala de prova de conceito. No entanto, existe uma necessidade de maior moagem de aparelhos que podem fazer o mesmo, mas produzindo quantidades maiores. Quantidades significativas de pós permitem a produção de peças em massa que, por sua vez, pode ser testado em uma escala de dimensão relevante apropriada para aplicações específicas do exército.
Em uma escala pequena de 5 a 10 g, a energia transmitida de um pó grosseiro pode ser alcançada com relativa facilidade em um moinho de abanador do laboratório de investigação em pequena escala. A energia translacional transmitida pelas bolas provoca a desagregação das partículas, resultando em um pó ultrafino grão em massa. O dimensionamento desta metodologia de tamanho de grama para lotes de quilograma (1000 g) implica a escala dimensional dos frascos moagem e associados do aparelho, que é complexo, porque, ao mesmo tempo, a energia transmitida precisa ser dimensionado também. Neste contexto, o moinho de esfera rotativa horizontal de alta energia pode criar a sub exclusivo nano-escala características estruturais (EG., curto e de longo alcance estruturas ordenadas, defeitos de ponto, aglomerados atômicos, falhas de empilhamento, precipitados, dispersões, características amorfas) que lhes conferem a estes materiais com a melhoria dramática em Propriedades em um período de tempo aceitável com contaminação mínima20,21.
Em um sistema componente dois elementos, Figura 6, o processo de moagem resulta em uma série de impactos repetidos que causam as partículas de pó de solda "fria" junto através de deformação plástica, fratura e então reweld durante a duração da moagem. As a Result, uma variedade de microestruturas finais são possíveis: 1) uma matriz nanocristalina com limite de grãos segregados átomos da fase secundária, 2) é uma solução sólida supersaturada de ambos os componentes, 3) matriz nanocristalina com contorno de grão segregadas átomos da fase secundária, coexistindo com uma solução sólida supersaturada de 2, 4) um composto nanoestruturados de duas fases distintas, 5) um super saturada solução sólida com grandes dispersões de segunda fase e 6) uma combinação incluindo todos os itens acima. Em geral, porém, a microestrutura é nanocristalina com um tamanho de partícula de pó médio entre 10 e 500 µm (Figura 3). É importante notar que o tamanho da partícula final depende muito da moagem de temperatura, tempo, energia e características/propriedades físicas dos componentes individuais. O tamanho de grão médio produzido normalmente escalas inversamente com a temperatura de fusão da liga, mas dependem das condições de fresamento e a extensão da liga produzida. O tamanho de grão médio típico produzido por moagem de alta energia é inferior a 50 nm. No entanto, o tamanho de grão mínimo alcançado pode ser abaixo de 5 nm ou até mesmo em alguns casos o limite amorfo pode ser alcançado. Como resultado o tamanho de grão pequeno, existe uma fração de volume significativo de limites de grão e as junções do triplas. Portanto, ligas e metais nanocristalina alteraram respostas físicas temperatura e deformação. Ou seja, os metais têm problemas relativos à estabilidade térmica, o que limita a técnicas de processamento, bem como aplicações para moderar e às vezes a baixas temperaturas. Estes obstáculos podem ser superados pela manipulação da interface entre os grãos nanocristalina através de doping com solutos. Como mencionado acima, o dopant pode assumir a forma de soluto segregado ou partículas discretas ou uma combinação disso e pode parar de cereais crescimento até temperaturas muito elevadas, permitindo a consolidação integral através de alta temperatura de forjamento sem perda do Propriedades mecânicas vantajosas.
O passo inicial em caracterizar os pós mecanicamente ligados é observar a morfologia de pó solto, usando um microscópio eletrônico de varredura (MEV). Esta etapa é executada para determinar se as partículas individuais, compondo o pó mostram uma mudança clara em sua morfologia, por exemplo, de uma morfologia de placa, como em momentos de moagem curto para uma forma mais esférica após trituração estendida vezes. Em seguida, uma pequena quantidade do pó como branqueado é pressionada no 3 GPa em compactos de 3mm verde, que são posteriormente montadas em epóxi e polido. As etapas de polimento utilizadas são dependentes de amostra. No entanto, uma etapa de polimento final de 1 µm ou mais fino é necessária para alcançar o acabamento de superfície necessário para observação de SEM. Por polimento os compactos para um polonês final de um mícron, imagens de elétrons espalhados por trás podem ser tomadas que mostram a distribuição dos elementos soluto em função do tempo de moagem. Imagem usando elétrons espalhados por trás é a técnica preferida, uma vez que o contraste é baseado no número atômico. Como resultado, áreas com quantidades mais elevadas do elemento mais pesado em uma liga apareceram mais brilhantes. Estas imagens, bem como dados de difração de raios x podem fornecer uma visão como a quando o soluto totalmente entra em solução sólida, bem como a quantidade máxima de soluto que pode ser colocada em solução sólida.
Em geral, os grãos individuais são muito fino resolver usando apenas o SEM. Por conseguinte, microscopia eletrônica de transmissão (TEM) é necessário para resolver os grãos individuais dentro de um pó ligado mecanicamente. Preparação da amostra TEM depende se o pó ligado foi consolidado em uma amostra de massa densa, ou não. Se o pó não é uma amostra global consolidada, um feixe duplo foco de feixes de iões (FIB) / microscópio eletrônico de varredura (SEM) é usado para elevador-out e fina uma lamela do espécime de elétron transparência22. A lamela pode ser tomada de uma partícula única, frouxa ou de um espécime de SEM (3mm compacto) polido, onde a seção transversal de partículas individuais são expostos. Para amostras de granel, um disco de 3 mm de diâmetro é um soco usando um soco de disco. O disco de 3 mm é então moído até aproximadamente 100 µm. Em seguida, um moedor de covinha é usado para criar uma covinha no centro do disco. Idealmente, a espessura na parte inferior da covinha é inferior a 10 µm. Uma vez que a profundidade de ondulação desejada é alcançada, a amostra é moído até elétron transparente de íons.
A análise de temperatura é realizada em 200 keV usando um microscópio equipado com capacidades de transmissão microscópio de elétron ((S) TEM) de digitalização. Os autores utilizaram tanto TEM padrão e técnica de imagem baseada em tronco dependendo os recursos microestrutural sendo investigados. Com isso dito, os autores encontraram campo claro de tronco e tronco-alto ângulo anulares escuro campo (HAADF) como duas técnicas extremamente poderosas. Campo claro tronco tem sido utilizado com sucesso em imagem/resolução de grãos em grandes áreas de uma amostra enquanto simultaneamente, destacando a presença de partículas/clusters e gêmeos. O contraste gerado em uma imagem do tronco-HAADF é baseado no z-contraste, ou seja. número atômico dos elementos presentes em uma amostra, que é uma forma poderosa de obter conhecimento sobre a química relativa de diferentes características microestrutural. Figura 7A é uma imagem de campo brilhante do tronco de um Cu-10Ta (at.%) amostra igual canal angular extrudado (ECAE) a 900 ° C, permitindo que os grãos sejam claramente resolvidas sobre aproximadamente 1,5 µm2 área. Dentro desta imagem, aproximadamente cinquenta grãos pode ser medidos por seu tamanho de grão. Assim, ter várias imagens de ampliação equivalente permite estatísticas de tamanho de grão a ser determinado e histogramas geradas. Figura 7B é uma haste-HAADF imagem tirada da mesma área da amostra e distingue claramente a alta densidade número de partículas Ta presentes bem como a multiplicidade dos seus tamanhos. Esta imagem pode ser usada em uma maneira similar como a imagem brilhante-campo, mas desta vez para medir o tamanho de partícula Ta permitindo um histograma, destacando a distribuição de tamanho de partícula a ser gerado. Figuras 7 e 7 figuras são campo claro de tronco e HAADF imagens tiradas de uma amostra de Cu-10Ta (at.%) ECAE processadas a 700 ° C, mostrando uma partícula Ta maior (~ 40 nm de diâmetro) rodeado por inúmeras outras partículas Ta variando em diâmetro de aproximadamente 5 a 20 nm. A partícula Ta maior também tem uma característica única microestrutural presente com um escudo parcial formado em torno de sua metade inferior.
Análise de tomografia computadorizada (APT) átomo sonda, em seguida, é executada para se perceber as principais características do pó (Figura 8A). Figura 8B mostra as duas portas de visualização utilizadas para manobras de amostras no carrossel de preparo para a câmara de análise. Figura 8 mostra tanto o bloqueio e buffer de câmara de carga com a válvula de portão separando as duas câmaras do sistema de sonda de átomo. O bloqueio de carga é onde novas amostras são carregadas e amostras antigas são removidas. A câmara de reserva abriga amostras que aguardam exame na câmara de análise.
Antes átomo sonda amostras/dicas pode ser colocadas na câmara, as dicas são levantadas-averiguar trave pré-fabricados de Si então annularly branqueado usando um duplo feixe SEM/FIB. A coluna do íon é operada geralmente em uma corrente de feixe de 30 keV durante todo o processo e só caiu para 5 keV na etapa final de limpar para minimizar a implantação de íon Ga dentro a ponta final antes de executar a análise. A corrente de feixe usada varia amplamente, dependendo da facilidade com que as fábricas de material. Os autores utilizaram o modo de tensão e o laser para a execução de diferentes sistemas de materiais baseados em nanocristalina. Modo de tensão é usado quando uma amostra é altamente condutor e tem uma baixa propensão para fraturamento durante a execução, enquanto modo de laser é empregado para materiais não-condutores e/ou as amostras com uma alta propensão à fratura no modo de tensão. Os dados de sonda de átomo coletado é então analisados usando um pacote de software apropriado. A sonda de átomo foi empregada para quantificar o número alto densidade de partículas Ta presentes no Cu-10Ta 23, que são fundamentais para as excelentes propriedades deste material em temperaturas elevadas 24. Além disso, na investigação em curso, esta ferramenta identificou a presença de partículas de2 WO em eletrodepositado NiW liga (Figura 9A). Figura 9B mostra a presença de partículas de at na ponta da sonda de átomo. Figura 9 mostra o WO2 e at partículas ao mesmo tempo. Figura 9 é um espectro de massa de íons com uma massa de cobrar taxa de estado de 0 a 19 Daltons (Da). Identificar e quantificar segregação do WO2 e partículas at a este nível não são possível através de qualquer outra técnica de análise. Assim, caracterização usando SEM, TEM e o APT é essencial para compreender plenamente a microestrutura e mecanismos em jogar no pós nanocristalina mecanicamente ligado.
Uma vez que a estabilidade térmica e a força dos pós nanosized foram totalmente apreciadas, tornou-se aparente que um pó convencional pela aplicação do método como prensagem uniaxial e sinterização, embora viável, não era um método preferido. Um método que ofereceu que a combinação de temperatura e uma tensão de cisalhamento aplicada era necessária para garantir a total densificação do pó compacta. Como resultado, o uso de extrusão angular igual canal (ECAE) como um método de processamento foi explorado. Neste método, um boleto - em forma de barra ou de placa - é submetido a um estado puro de cisalhamento como lo extrudados através de um canal em forma de L25,26,,27. Como o boleto não experimentar uma alteração significativa nas dimensões durante o processo de extrusão, ele pode ser submetido a várias passagens até a quantidade desejada de cisalhamento (e pelo refinamento microestrutural de extensão) tem sido transmitida. Por fim, o boleto pode ser girado entre cada passagem a fim de gerar o grau desejado de textura na parte final. Como resultado, é possível conseguir um extrudate final com uma microestrutura significativamente refinada e textura desejada. Um esquema e um boleto parcialmente extrudado que mostra a dramática mudança de tamanho de grão e orientação na porção extrudada em relação à parte não transformados são mostrados na Figura 10A e 10B a figura, respectivamente.
O laboratório de pesquisa do exército dos Estados Unidos tem usado ativamente ECAE processamento em numerosos esforços na última década. A imprensa é capaz de tarugos de processamento a um ritmo como alta 2,5 cm s-1 , sob uma carga máxima aplicada de 345 t, com uma temperatura máxima de morrer de 350 ° C (Figura 11A). Amostras que requerem uma temperatura mais elevada de processamento são pré-aquecido em uma fornalha de caixa adjacente ao quadro. Depois de completar o regime desejado pré-aquecimento, a amostra é rapidamente transferida para o morrer e a extrusão começou imediatamente. A ECAE inicial pressione capacidade focada em tarugos retangulares na ordem de 1,91 cm quadrado × 22,8 cm de comprimento (Figura 11B). Continuou a upgrades nas capacidades resultou na capacidade de processar 1 × 15 × 15.27 cm3 , bem como 30 × 30 × 2. placas de 5 cm3 .
De importação mais para esta discussão, no entanto, é o fato de que ECAE é usada rotineiramente para consolidar uma ampla gama de pós não prontamente consolidada por outro significa 28,29,30. A abordagem adoptada na ARL, a quantidade desejada de pó como branqueado é introduzida em uma cavidade usinada em uma haste de níquel (ex., um "níquel pode"). Como o pó é introduzido na cavidade, é rotineiramente aproveitado para minimizar qualquer porosidade induzida de enchimento. Uma vez que a quantidade desejada de pó é adicionada, a abertura está conectada e em seguida soldadas fechada. É importante notar que o processo de "produção de conservas em pó" é realizado dentro de uma caixa de luva cheia de argônio para minimizar a introdução de oxigênio. Até à data, este processo tem sido utilizado para preparar "latas" de ambos os Cu-Ta e dispersão do óxido reforçado pós liga de FeNiZr (ODS), com os exatos protocolos descritos abaixo.
A partir de 2011, uma série de nanocristalina (EG., Cu-Ta, FeNiZr) foram desenvolvidas ligas que mostraram estabilidade de resistência e térmica de crescimento de grão notável no ARL12,18,19,31 ,32. Como se tornou evidente que a imprensa convencional e sinter métodos de processamento não foram adequados, ECAE tornou-se o principal meio para a consolidação de pequenas amostras apropriadas para o teste. Como um primeiro passo no processamento ECAE, as latas de níquel carregadas com pós fresadas como foram incubadas em uma fornalha de caixa purgada com gás Ar puro a uma temperatura predeterminada (por exemplo, 700 ° C). As latas equilibradas então foram rapidamente retiradas da fornalha, caiu o ferramental ECAE previamente aquecida à temperatura desejada e extrudados em uma taxa de extrusão de 25,5 mm s-1. Este procedimento foi repetido quatro vezes seguindo rota A.c. (definido como rotação de 90° na mesma direção entre passa 33). A extrusão consecutivos quatro passes resultaram em uma tensão total de ~ 450%. Microscópio eletrônico de varredura indicou que as amostras foram totalmente consolidadas sem evidência de porosidade ou limites de partícula prévia. Além disso, medidas de tamanho de grão indicaram que nenhum crescimento de grão apreciável ocorreu durante o processamento de ECAE.
Esforços recentes de processamento têm focado "upscaling" o tamanho das peças produzidas a partir do pós liga nanocristalina de FeNiZr. A tentativa inicial de "upscaling" usado pressionando isostática quente (HIP). Nesta tentativa, FeNiZr como-moída em pó foi carregado em lotes de aproximadamente 10 g em um open-ended alumínio pode localizado dentro de uma caixa de luvas de atmosfera inerte. Após cada adição de pó, a carga de pólvora na lata foi comprimida usando uma prensa hidráulica acionada manualmente para aproximadamente 50 kN de força. Antes da vedação da lata, isso foi aquecido dentro de um forno a cerca de 200 ° C por 24 h. Uma bomba de vácuo foi anexada a fim de retirar toda a umidade de dentro da lata. A lata era então soldada fechada (Figura 12A) e colocado dentro da unidade de quadril (Figura 12B) para processamento. Pressão isostática quente foi realizada em uma variedade de amostras a temperaturas que variam de 600-1000 ° C e à pressão de 207 MPa. No entanto, independentemente da temperatura usada, todas as amostras exibido uma densidade máxima de ~ 96%.
Desde que o quadril não foi capaz de produzir amostras totalmente densas, ainda mais os esforços foram realizados utilizando uma prensa de extrusão convencional. Para esta abordagem, latas de alumínio, medindo aproximadamente 7,5 cm de diâmetro por 11cm de altura foram embaladas com pó de Fe-Ni-Zr de maneira semelhante às amostras menores descritas anteriormente. Antes da extrusão da real, a câmara de extrusão, titular de morrer e morrer foram aquecidos a temperaturas que variam de 400 a 450 ° C. Uma vez que o boleto chegou a uma temperatura de equilíbrio de 1000 ° C, foi rapidamente retirado do forno e carregado na câmara de aquecimento da extrusora. Após o carregamento, o boleto foi expulso em aproximadamente 1 cm s-1 usando relações de 2:1 e 3:1. Para a segurança e razões de ordem práticas, os boletos não foram totalmente empurrados através da matriz de extrusão. Após a conclusão de um ciclo completo de extrusão, morre o foram retirado do suporte de morrer enquanto ainda quente, depois de arrefecer. Descarga elétrica de fio que usinagem (EDM) foi usado para cortar o morre longe os tarugos extrudados. A maior temperatura de 1000 ° C permitido para uma bem sucedido da extrusão (Figura 12). Extrusões adicionais são planejadas, com a intenção de otimizar o processamento de parâmetros e propriedades dos materiais com base em uma análise detalhada sobre os tarugos extrudados.
Em um esforço para desenvolver materiais avançados capazes de encontro aos requisitos de desempenho ditadas pela únicas ambientes operacionais, o laboratório de pesquisa do exército dos EUA tem dedicado recursos significativos para estabelecer uma nanocristalina centro de pesquisa de metais . Como brevemente detalhado neste relatório, o laboratório consiste de uma matriz de equipamento e conhecimentos dedicados ao processamento e caracterização de pós metálicos romance, bem como a avaliação de desempenho e consolidação subsequente de partes de nanocristalina em massa. Esforços atuais em ligas de Cu-Ta e FeNiZr demonstraram a capacidade com sucesso a transição do esforço de investigação em pequena escala para programas maiores que o permitiram para o teste "em grande escala" destes materiais em uma variedade de condições (ex., tensão, fadiga, fluência, choque e avaliação balística) que não anteriormente foi prontamente realizado. Os futuros esforços incidirá sobre a transição destes materiais emocionante para uma gama de componentes reais, bem como o desenvolvimento contínuo de novos sistemas de liga.
Figura 1 : Pó laboratórios de processamento no laboratório de pesquisa do exército A) laboratório de síntese pequena escala usado para a produção de pequenos lotes (10 g) de romance pós. Moinhos de agitador de alta energia que operam sobre uma escala de temperaturas, bem como equipamentos de teste especializados são importantes de equipamentos continham no laboratório. B) laboratório de síntese de grande escala em que promissor pós liga são produzidas em lotes de até 1 kg. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 2 : Componentes críticos do moinho de bola rotativa horizontal de alta energia usado na síntese de grande escala de pós nanocristalina. A) unidade de descarga de gás portador, 8 B) representante L frascos de moagem, moinho de esfera rotativa horizontal de alta energia de C) pequena escala. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 3 : Síntese de pó em pequena escala em condições ambientes. A) moinho de abanador modificado de alta energia, que pode operar a partir de -20 a 24 ° C e até 2200 ciclos por minuto. B) esquema de alta energia, processo de pós de nano-estruturado/nanocristalina forma de moagem. Pó resultante C) (média de partícula tamanho 40 µm ou seja, ~-325 malha) tendo um tamanho de grão interno de 10 nm. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 4 : Moagem criogênica de pequena escala de nanocristalina pós. A) modificado moinho de agitador de alta energia que pode operar em temperaturas criogênicas. B) frasco de direito após a remoção do cryomilling. Frasco de padrão C) mostrando o número de rolamentos utilizados normalmente. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 5 : Sistemas de hardware associados com moinho de esfera rotativa horizontal de alta energia de grande escala. A) imagens do maior moinho. B) de alta velocidade com várias lâminas de rotor. Superfície de C) dentro do frasco de trituração. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 6 : Esquemática do processo de moagem para o sistema de dois elemento. Repetidas colisões entre resultados de mídia e pó de moagem em um intervalo de microestruturas resultantes. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 7 : Representante microestrutural características obtidas através de microscopia eletrônica de alta resolução. A) haste brilhante-campo e imagens de B) tronco-HAADF tiradas da mesma área da amostra (at.%) Cu-10Ta ECAE processado a 900 ° C; C) tronco brilhante-campo e D) imagens de haste-HAADF tiradas da mesma área de uma amostra de Cu-10Ta (at.%) ECAE processado a 700 ° C. Técnicas baseadas em tronco tem sido vitais em elucidar as características microestrutural que regem as propriedades mecânicas excelentes presentes na CuTa ligas, bem como outros materiais em pó à base de nanocristalina. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 8 : Tomografia computadorizada de sonda do átomo é uma ferramenta valiosa na análise de vários pós produzidos no ARL. A) o sistema de tomografia computadorizada de sonda completa do átomo. B) imagem ampliada mostrando as duas portas de visualização na câmara de reserva. C) um perto da câmara de bloqueio e reserva de carga. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 9 : Representante elementais mapas obtidos durante a tomografia computadorizada de sonda do átomo. A) mapa de átomo 3D, exibindo apenas W (esferas vermelhas) e átomos de WO2 (esferas azuis); B) mapa de átomo 3D, exibindo apenas W (esferas vermelhas) e átomos de at (esferas verdes); C) mapa de átomo 3D, exibindo apenas W (esferas vermelhas), WO2 (esferas azuis) e átomos de at (esferas verdes); D) massa espectro, mostrando a relação de massa-para--estado de carga de 0 a 19 Da, o que são os elementos de número atômico inferiores que são mais difíceis de identificar e quantificar usando outras técnicas de análise. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 10 : Extrusão angular igual canal tem sido usada com sucesso para produzir cilindros totalmente densos de aços pós. A) diagrama esquemático do processo ECAE, mostrando como o refinamento de grão ocorre como o material passa através da curva de 90 ° no morrem. B) óptica Micrografia de um ECAE parcialmente processadas alterações amostra apresentando estrutura de grão. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 11 : Imprensa de extrusão Angular de igual canal actualmente em vigor no laboratório de pesquisa do exército A) em sua configuração atual, a imprensa ECAE é capaz de processar 19 × 19 × 228 mm3 quadrados tarugos. A imprensa também tem a capacidade de processar 152 × 152 × 12.7 e 25 × 304 × 304. placas de3 de 4 mm. B) perto de fotografia mostrando como o boleto é introduzido na parte superior do dado. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 12 : Extrusão e prensagem isostática a quente são dois métodos comumente usados para consolidar a granel amostras de iniciar pós. Um) quadril selados podem aprontar-se para a inserção na unidade B) HIP. C) parcialmente extrudido FeNiZr tarugos. O exemplo à esquerda é uma extrusão de proporção 1:3 enquanto os boletos no centro e está certo uma extrusão de proporção 1:2.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Em comparação com outras técnicas de síntese, liga mecânica é um método extremamente versátil para a produção de pós de metais e ligados, com tamanhos de grão << 100 nm. Com efeito, mecânica de liga é uma das maneiras em que grandes volumes de nanoestruturados alguns materiais podem ser produzidos de forma rentável e facilmente escalável. Além disso, moagem de alta energia bola foi mostrada para aumentar consideravelmente o limite de solubilidade sólida em muitos sistemas metálicos em que solubilidade de equilíbrio da temperatura ambiente não caso contrário existe. Isso permite que novos tipos de ligas para ser produzido, que não é possível com outro técnicas de processamento de equilíbrio.
Embora não necessariamente exigidos, a preparação adequada dos meios de comunicação moagem (ex., revestimento executado) é altamente recomendável para minimizar a quantidade de contaminantes introduzido o pó final. Da mesma forma, manipulação do pó, antes ou depois da moagem, deve ser executada em uma caixa de luva de atmosfera controlada para minimizar a exposição à contaminação de oxigênio e/ou umidade. Finalmente, o cuidado e cautela devem ser usados na abertura do frasco de moagem após um processo executado, como o frasco pode tornar-se potencialmente pressurizado durante a trituração dos pós sob determinadas condições de funcionamento.
Modificações para o fresamento de temperatura dos pós é geralmente necessário para alcançar os resultados desejados. Por exemplo, cryomilling é usado para reduzir a ductilidade para pós selecionados para garantir que as partículas são quebradas durante a trituração. Alternativamente, um agente de controle de processo tais como ácido esteárico também pode ser usado para reduzir a aglomeração de partículas durante a trituração. O uso desses métodos é determinado numa base de caso a caso.
Embora mecânicos de liga é um processo viável para mais limalhas, existem alguns casos onde o uso é problemático. Especificamente, liga mecânica requer a transferência e mistura e/ou mistura de elementos ou de compostos, o grau de que é altamente influenciado pela energia de moagem e tempo de moagem, bem como a diferença nas propriedades físicas, tais como dureza, ductilidade e solubilidade relativa dos componentes. Energia de moagem é um parâmetro que pode ser alterado dentro de uma ordem de magnitude mais ou menos, mas além do que é uma quantidade relativamente fixa e, por conseguinte, o grau ao qual compostos ou sólidos podem ser formados em qualquer determinado experimento pode ser limitado com base na física e parâmetros termodinâmicos que regem a propriedades mecânicas e a solubilidade. Estendendo o tempo de moagem para alcançar ainda mais refinamentos ou mistura lugares prático custo limita a produção de pós e deve ser avaliado em relação a relação custo-desempenho. Além disso, maior moagem vezes podem levou à contaminação elevada através da interação dos pós com os meios de moagem ou atmosfera. Níveis mais elevados de contaminação podem alterar drasticamente o desempenho do pó e propriedades físicas e ou consolidaram as peças.
Este relatório detalhou o uso de mecânicas de liga para a produção de pós metálicos nanocristalina adequados tanto para pesquisas e estudos industriais. Como todo o potencial destes materiais é reconhecido por meio de testes de amostras em massa e/ou componentes, eles são propensos a encontrar uso difundido em uma variedade de sectores industriais (EG., aeroespacial, automotivo, defesa, eletrônica, 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).
