Summary
Dette papir giver en kort oversigt over de igangværende bestræbelser på Army Research Laboratory på behandling af bulk nanocrystalline metaller med vægt på de metoder, der anvendes til fremstilling af de roman metalstøv.
Abstract
Givet deres potentiale for betydelig ejendom forbedringer i forhold til deres store kornet modparter, har meget arbejde været afsat til den fortsatte udvikling af nanocrystalline metaller. Trods disse bestræbelser, er overgangen af disse materialer fra lab bænk til faktiske applikationer blevet blokeret af manglende evne til at producere store dele, der bevarer de ønskede nanocrystalline mikrostrukturer. Efter udviklingen af en metode, der er vist sig for at stabilisere nanosized korn struktur for temperaturer nærmer sig smeltepunktet for det pågældende metal, US Army Research Laboratory (ARL) har udviklet sig til den næste fase i udviklingen af disse materialer - nemlig produktion af stort omfang dele egnet til test og evaluering i en række relevante testmiljøer. Denne betænkning giver et bredt overblik over de igangværende bestræbelser i behandling, karakterisering og konsolidering af disse materialer på ARL. Især er fokus placeret på den metode, der benyttes til at fremstille nanocrystalline metalstøv i både små og store beløb, der er midt i bestræbelser på igangværende forskning.
Introduction
Nanocrystalline metaller udarbejdet af høj energi mekaniske legering har vist sig at udstille overlegen mekaniske styrke i forhold til deres grovkornede modstykker. Men da dikteres af termodynamiske principper, nanocrystalline mikrostrukturer er underlagt korn coarsening ved høje temperaturer. Som sådan, er forarbejdning og anvendelse af disse materialer i øjeblikket begrænset af muligheden for at oprette stabiliseret mikrostrukturer i løs form. I betragtning af potentialet i disse materialer, efterstræbes to primære metoder i et forsøg på at udvikle sådanne systemer. Først, baseret på en kinetisk tilgang, udnytter flere mekanismer for at anvende en fastgørelse kraft på korn grænser (GBs) for at forhindre korn vækst. Typiske mekanismer ansat til pin GBs er sekundære faser (Zener pinning)1,2,3 og/eller opløst stof træk effekter4,5. Den anden metode, baseret på en tilgang, termodynamik, undertrykker korn vækst ved at reducere GB fri energi gennem opløste atomer partitionering til GBs6,7,8,9, 10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16.
Som det første skridt til at udvikle legeringer med et nanograined mikrostruktur, grundlagt den grundlæggende forståelse i termodynamisk og kinetisk principper, der styrer korn vækst og mikrostrukturanalyse stabilitet ved høje temperaturer. Computervidenskab materialer blev også brugt til at guide legering udvikling. Bruge disse indsigter, blev små masser af forskellige legeret pulver produceret ved hjælp af høj energi fræsning og evalueret for en bred vifte af fysiske og mekaniske egenskaber. For de mere lovende systemer, blev avancerede karakterisering teknikker udviklet for at fuldt link mikrostruktur af pulver til den observerede egenskaber og ydeevne.
Samtidig, blev infrastruktur og nødvendige udstyr til at producere hovedparten komponenter fra nanocrystalline pulver erhvervet. Når dette udstyr var på plads, blev forarbejdning videnskaben skal fuldt konsolidere bulk materialer fra legeret pulver udviklet gennem en serie af små eksperimenter. Når bulk prøver var tilgængelige, blev der udført en række eksperimenter for at forstå de mekaniske respons af disse materialer under en lang række betingelser (såsom træthed, krybning, høj stamme sats, etc.). Den viden fra disse eksperimenter er blevet brugt til at udvikle eventuel anvendelse rum, således at kommercialisering af stabiliseret bulk nanocrystalline legeringer.
Kollektivt, har opfylder disse opgaver ført til udviklingen inden for USA hæren forskning laboratorium (ARL) af en nanocrystalline metaller research center består af 4 vigtigste labs. Dette laboratorium kompleks repræsenterer en samlet investering på 20 millioner USD og er unik, idet det spænder over aspekter af grundlæggende, anvendt og fremstilling videnskab. Det primære formål med disse øvelser er at overgangen proof-of-concept ideer til pilot-skala og pre produktion niveau. Herved kan det forventes at labs vil aktiverer produktionen af prototype dele, udvikle den nødvendige knowhow og fremstiller videnskab for skaleres op behandling og giver mulighed for forbindelser både internt og eksternt forskningsinstitutter eller industrielle partnere via kommercialisering og overgangen af denne avancerede pulver teknologi.
Som anført tidligere, er det første skridt at identificere, producere og hurtigt at vurdere nye legering prototyper for begge gennemførligheden af syntese og fabrikation i prototype dele. For at opnå dette, er blevet bygget flere unikke, custom-designet høj energi shaker mills med kapacitet til at behandle pulver over en bred vifte af temperaturer fra-196 ° C til 200 ° C. Som navnet antyder, disse møllerne producerer ca. 10-20 g fint pulver gennem voldelige rystende handling, der forårsager gentagne påvirkninger mellem pulver og slibning medier for at producere pulvere, hvor hver partikel har en sammensætning i forhold til den Start elementært pulver blanding. Mens velegnet til hurtig screening af pulvere, Møller af denne type er klart ikke egnet til pulver produktion på den (i nærheden af) industriel skala (fx., kg).
Da er nødvendigheden at producere pulver i store mængder og i som løbende en proces som muligt, en søgning blev foretaget til at identificere potentielt levedygtig metoder og udstyr. Planetariske kuglemøller bruge en støtte disk, som roterer i den modsatte retning fra de vertikalt orienterede hætteglas, hvilket resulterer i partikel størrelse reduktion på grund af både slibning og kollisioner forårsaget af centrifugale kræfter. Lot størrelser for de fleste planeternes mills rækkevidde op til ca. 2 kg. I modsætning til konventionelle mills, attritor mills består af en serie af pumpehjul inde i en lodret tromle. Rotation af løbehjulet forårsage bevægelse slibning medier, hvilket resulterer i partikel størrelse reduktion gennem kollisioner mellem pulver, bolde og løbehjulet. Større attritor mills er habil i producerer over 200 kg pr. løb. Selv om begge disse mills tilbyder betydelige stigninger i mange størrelser i forhold til shaker mills, skal de er ikke i stand til at køre i en kontinuerlig mode, men snarere være lastes og losses manuelt for hver kørsel.
På grund af disse mangler flyttet opmærksomheden til en serie af høj energi, vandret roterende kuglemøller. Kan behandle så vidt 200 kg pr. parti, disse mills er også kan fungere under inert atmosfære samt vakuum. Endelig, fræsning kammer er designet med en luftsluse, der giver mulighed for hurtig og automatisk fjernelse af pulver, når fræseprocessen er afsluttet. Kombineret med en automatisk pulver indsprøjtningssystem, betyder dette at bolden møllen er i stand til at køre på en nogenlunde sammenhængende måde, hvilket gør det en yderst levedygtigt system for industrielle indstillinger. På grund af disse kombination af funktioner, ARL har for nylig købt og installeret to mills og er nu engageret i upscaling interne pulver forarbejdning indsats.
Selvom pulver forarbejdning indsats udgør et centralt aspekt af igangværende bestræbelser, er karakterisering og konsolidering af de mest lovende legering pulvere også fokuseret forskningsområder. Faktisk, som beskrevet nedenfor, ARL har gjort bemærkelsesværdige investeringer i nødvendigt analytiske og teste nødvendige udstyr til at fuldt vurdere centrale funktioner i de nye pulvere. Derudover vellykket konsolidering af prøver nu giver mulighed for konventionelle fuld skala mekaniske test og karakterisering (fx., spænding, træthed, krybe, chok og ballistiske evaluering) af disse materialer, som ikke har typisk været muligt for denne klasse af materiale. Denne artikel rapporter protokollerne udnyttet på ARL for indledende syntese, skala-up, konsolidering og karakterisering af bulk nanocrystalline metaller og legeringer.
De to vigtigste labs for pulver syntese kan ses i figur 1. Figur 1A viser små pulveret forarbejdning lab, som giver mulighed for en hurtig udvikling af koncepter og alu design. Dette laboratorium indeholder flere specialdesignede høj energi mills med evnen til at processen pulvere over forskellige temperaturer (stuetemperatur til 400 ° C) og 10 til-196 ° C. Laboratoriet også indeholder et brugerdefineret vandrette rør ovn designet til hurtig vurdering af den termiske og mikrostrukturanalyse stabilitet (fx., korn vækst studier) af nye metallegeringer. Endelig, laboratoriet også huser flere unikke små mekaniske test opsætninger herunder spændinger, shear punch og indtryk krybe test udstyr, samt et state-of-the-art instrumenterede nano-indenter. Når grundigt testet og vist lovende, udvalgte legeringer er flyttet til storstilet behandlingen lab (figur 1B), hvor teknisk og forarbejdningsmæssig protokoller er udviklet til at tillade store skala (fx., kilogram) produktion af de specifikke pulver. I alt labs repræsenterer en samlet investering på rækkefølgen af 2 millioner USD og dækker overgangen af roman metalstøv fra lab bænk til pilot-skala fremstilling niveauer, hvorved produktionen af prototype dele.
Høj energi bold fræsning/mekaniske legering er en alsidig proces til fremstilling af nanocrystalline metaller og legeringer i pulver form17. Startende med grove kornet pulvere (typisk betyde korn størrelse ~ 5-10 µm), er det muligt at opnå nanocrystalline pulvere med gennemsnitlig korn størrelse < 100 nm efter fræsning. Denne fræsning udføres rutinemæssigt i et vibrerende/shaker mill. Fræsning hætteglasset er fyldt med den ønskede mængde af såvel pulver som fræsning bolde, typisk rustfrit stål. Denne mølle ryster hætteglas i en bevægelse, der involverer frem og tilbage svingninger med korte laterale bevægelser med en hastighed på omkring 1080 cyklusser min-1. Med hver komplekse motion bolde kolliderer med hinanden, kollision mod indersiden af hætteglasset og låg, og reducere samtidig pulveret til finere størrelse. Den kinetiske energi bibringes til pulveret er lig med halv masse gange kvadratet på den gennemsnitlige hastighed (19 m s-1) af lejerne. Mill magt, fx. energien leveres per tidsenhed, stiger med hyppigheden af mill (15-26 Hz). Tager det typiske antal bolde og den laveste frekvens for en given 20 h periode, overstiger det samlede antal virkninger 1,5 billon. Under disse virkninger gennemgår pulveret gentagne briste og mellem indtil det punkt, hvor bestanddele blandes på det atomare niveau. Mikroskopisk lettes denne blanding og forfinelse af mikrostrukturen ved lokaliserede deformation i form af shear bands samt en høj tæthed af forskydninger og punkt defekter, som nedbryder mikrostruktur. Til sidst, da varmen i kollision rejser den lokale temperatur, opstår rekombination og udslettelse af disse fejl på et steady state med deres generation. Defekten strukturer i sidste ende, selv om reorganisering, resulterer i dannelsen af mindre og mindre høj vinkel equiaxed kerner. Bolden fræsning er således en proces, der inducerer svær plastisk deformation manifesteret ved tilstedeværelsen af en høj tæthed af defekter. Denne proces giver mulighed for øget diffusivity opløste elementer og raffinement og spredning af sekundære faser og den samlede nanostrukturering af mikrostrukturen.
Høj energi cryomilling er en lignende til høj energi bold fræsning bortset fra, at fræse hætteglasset opretholdes ved kryogene temperatur under fræseprocessen fræseprocessen. For at opnå en ensartet temperatur i hætteglasset, er møllen blevet ændret som følger. Fræsning hætteglasset er først placeret inde en Teflon ærme, der lukkes med en Teflon cap. Ærmet er tilsluttet en dewar, der indeholder den relevante cryogen (flydende kvælstof (LN2) eller flydende argon (LAr)) gennem rustfrit stål og plastslanger. Cryogen flyder gennem ærmet i hele fræseprocessen til cool fræsning hætteglas og vedligeholde fræsning hætteglasset på kogepunktet af cryogen, som-196 ° C for LN2 og-186 ° C for LAr. De lave temperaturer af kryogene behandling fører til øget fragmentering af mere duktile metaller, som ellers ikke sleben ved stuetemperatur. Derudover de kryogene temperaturer reducere varmeafgivelsen aktiveret diffusional processer såsom korn vækst og faseadskillelse hvorved øget forfinelse af mikrostrukturen og Opløselighed Uopløseligt elementært arter.
Høj energi vandret roterende kugle mølle er en høj energi milling system, der består af en vandret rustfrit stål fræsning krukke med en højhastigheds rotor med flere klinger fast på en drivaksel. Pulver til at blive fræset overføres inde i glasset sammen med fræsning bolde. Flytning af bolde og pulver er opnået gennem rotation af akslen inde i krukken. Akslen roterer ved høj hastighed og fræsning stål bolde kolliderer, fremskynde og overføre deres kinetiske energi til pulvere. Rækken af rpm er 100-1000 og den gennemsnitlige hastighed af kuglerne er 14 m s-1. Især mills er udstyret til at betjene over en række fræsning temperatur (30 ° C til 200 ° C høj) og kan køre under vakuum (mTorr) eller i over presset tilstand (1500 Torr) (udnytter forskellige typer dækning gas). Ud over basisenheden, møllen er udstyret med et luftfartsselskab gas udledning enhed samt forbindelse forsamlinger, som giver mulighed for lastning og losning af pulver under anvendelse af inaktiv gas cover. Dette apparat kan ses i figur 2A sammen med en typisk 8 L stål fræsning jar (figur 2B). Ud over de større mølle, har ARL købt en mindre mølle, som er blevet konverteret til at køre under flydende kvælstof (figur 2 c). Denne mølle kan producere mellem 100-400 g af forarbejdede pulver per kører cyklus.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. små syntese af Nanocrystalline pulvere omgivende betingelser
- I en kontrolleret argon atmosfære handskerummet, anbringes 10 g af det primære element (fx., Fe i FeNiZr legering) og 100 g af rustfrit stål/værktøjsstål fræsning kugler i ønskede fræsning krukke.
Bemærk: Indlæsning af pulver til fræsning krukke inde i en handskerummet er nødvendige for at sikre minimal optagelse i ilt og/eller fugt indhold 18,19. - Efter ladning, forsegle krukken og fjerne fra handskerummet. Efter fjernelse, sikre, at krukken er fuldt forseglet og indlæse i passende formaling maskine.
- Efter at have udført en 1 h fræsning cyklus, fjerne hætteglas og overførsel det tilbage i handskerummet fyldt med argon.
Bemærk: Denne korte køre tjener til at belægge alle overflader med det primære element, dermed bidrage til at mindske overførslen af forurenende stoffer fra fræsning krukke og medier at legeringen bliver produceret. - For at syntetisere legeret pulver, tilføje 10 g elementært pulvere alt i de ønskede nøgletal til bare overtrukket fræsning krukken inde i handskerummet. Tilføje den nødvendige mængde bare belagt fræsning bolde til krukken således, at der er en 10:1 forholdet mellem massen af bolde til massen af pulver. Låget skal være placeret og strammet på fræsning krukken før fjernelse fra handskerummet. Efter fjernelse, bør yderligere stramning af låget udføres ved hjælp af en skruenøgle og en vice.
- Placer hætteglasset i høj energi shaker mill og indlede fræsning drift (typisk ordre 20 h). Efter fræsning er fuldført, Fjern hætteglasset og overføre det til handskerummet. Forsigtigt fjerne låget og overføre de sleben pulver til den ønskede prøve hætteglas til opbevaring.
Bemærk: En typisk høj energi shaker mill brugt i mekanisk legering er vist i figur 3A. En skematisk viser hvordan høj energi fræsning resultater i nanocrystalline materialer er vist i figur 3B, med et billede, der viser en gennemsnitlig endelige partikelstørrelse mellem 10 og 500 µm vist i figur 3 c.
2. lille skala syntese af Nanocrystalline pulvere kryogene betingelser
- Udføre belægning køre for fræsning krukke og bolde som beskrevet i trin 1.1-1.3.
- I kontrolleret atmosfære handske boks, fylde belagt fræsning krukke med ønskede mængde elementært pulvere og fræsning medier. Efter stramning krukken, fjerne fra handskerummet.
- Placer fræsning krukken inde en Teflon ærme og cap, som derefter placeres i klemme af høj energi shaker mill.
- Åbn den dewar, der indeholder cryogen og lad det flow for ca 30 min til at sikre formaling krukken har nået den ønskede temperatur (-196 ° C for flydende nitrogen og-186 ° C for flydende argon).
- Ved ankomsten til ligevægt, indlede handlingen fræsning indtil den ønskede varighed er nået. Ved afslutningen, lukke dewar, forsigtigt fjerne fræsning krukke fra ærmet og placere den foran en tørretumbler til at bringe det til stuetemperatur.
- Når fræsning krukken når stuetemperatur, overføre det tilbage inde i handskerummet kontrolleret atmosfære. Forsigtigt åbne fræsning krukken og overføre pulvere til ønskede opbevaring hætteglas.
Bemærk: Et billede af den høje energi shaker mill tilpasset til brug ved kryogene temperaturer er vist i figur 4A. Vist i figur 4B er en fræsning hætteglas, umiddelbart efter det er blevet fjernet fra en cryomilling operation. Figur 4 c giver en idé om antallet af fræsning bolde bruges typisk i behandling.
3. store skala syntese af Nanocrystalline pulver
- Indlæse de krævede elementært legering pulver i en glaskrukke inde en argon handskerummet, sæl, og fjerne.
- Efter vedlægger fartøjet højenergi vandret roterende kugle mølle, læg ca 1 kg af 440C rustfri kuglelejer i et rustfrit stål 8 L fartøj indeholdt i en afkøling jakke.
Bemærk: Billeder af de forskellige dele af høj energi vandret roterende kugle mill er vist i figur 5. - Tilslut argon gas linje og kølervæske linjer til fartøjet. Back-fyld og purge fartøj med argon gas til at fjerne luft.
- Ved hjælp af en dobbelt kugleventil, overføre de legering elementært pulvere til fræsning fartøj og derefter lukke ventilen for at forsegle salen.
- Tilslut pulver udvindingssystem til fræsning fartøj og derefter tilbage-fyld og rense udsugning med argon gas til at fjerne luft.
- Start flyder ethylenglycol ved-25 ° C gennem den ydre kappe af fartøjet.
- Begynde fræseprocessen for op til 1 kg af elementært pulvere til den ønskede mængde af tid (typisk 12-30 h) med roterende energi på 400-800 rpm. Når fræsning er afsluttet, Overfør pulvere til en krukke under argon atmosfære. Butikken krukke i en argon fyldt handskerummet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Ca. 10 g pulver produceres pr. hver kørsel i høj energi shaker mill. Efter vellykket syntese af roman nanocrystalline metaller og legeringer af høj energi shaker mill, er skala-up udført i en høj energi vandret roterende kugle mill.
Typisk, nanostrukturerede pulvere er genereret ved hjælp af høj energi fræsning processer, hvori kornstørrelse af en lille mængde af pulver er raffineret, ca. 10 g pr. parti. Dette er tilfredsstillende på en lille proof-of-concept skala. Der findes dog et behov for større fræsning apparater, der kan gøre det samme, men producerer større mængder. Betydelige mængder af pulvere mulighed for produktion af bulk dele, der til gengæld kan testes på skalæn relevante størrelse passende til hæren specifikke applikationer.
På en små 5 til 10 g skala, kan den energi, der formidles til et groft pulver opnås med relativ lethed i en mindre forskning laboratorium shaker mill. Translationel energi påvirkning af boldene forårsager nedbrydning af de partikler, hvilket resulterer i en ultrafine kornet pulver masse. Skalering af denne metode fra gram størrelse kg (1000 g) partier indebærer dimensionelle skaleringen af fræsning krukker og tilhørende apparater, som er kompleks, fordi samtidig, bibringes energi skal skaleres såvel. I denne forbindelse, høj energi vandret roterende kugle møllen kan oprette unikke nano-skala sub strukturelle funktioner (fx., kort og lang rækkevidde bestilte strukturer, punkt defekter, atomic klynger, stabling fejl, bundfald, dispersioner, amorfe funktioner) at formidle disse materialer med en dramatisk forbedring i egenskaber i en acceptabel tidsramme med minimal forurening20,21.
I en to element komponent system, figur 6, fræsning proces resulterer i en serie af gentagne påvirkninger, der forårsager pulver partikler til "kolde" svejse sammen via plastisk deformation, fraktur og derefter reweld i hele varigheden af fræsning. As a result, en lang række endelige mikrostrukturer er muligt: 1) en nanocrystalline matrix med korn grænse adskilt atomer af sekundær fase, 2) en overmættet fast opløsning af begge komponenter, 3) en nanocrystalline matrix med korn grænse segregeret atomer af sekundær fase sameksisterende med en overmættet fast opløsning af de to, 4) nanostrukturerede sammensat af de to særskilte faser, 5) en super mættede solid løsning med stor dispersioner af anden fase og 6) en kombination herunder alle de ovennævnte. Mikrostrukturen er generelt selv, nanocrystalline med en gennemsnitlige pulver partikelstørrelse mellem 10 og 500 µm (figur 3 c). Det er vigtigt at bemærke, at den endelige partikelstørrelse afhænger i høj grad fræsning temperatur, tid, energi og fysiske karakteristika/egenskaber af de enkelte bestanddele. Den gennemsnitlige kornstørrelse produceres typisk skalaer omvendt med smeltepunktet af legering men afhænger fræsning betingelser og omfanget af legering produceret. Den typiske gennemsnitlige kornstørrelse produceret af høj energi fræsning er mindre end 50 nm. Men den mindste kornstørrelse nået kan være under 5 nm eller endog i nogle tilfælde den amorfe grænse kan nås. Som følge af den lille kornstørrelse findes der en betydelig mængde brøkdel af korn grænser og tredobbelt kryds. Derfor, nanocrystalline metaller og legeringer har ændret fysiske svar til temperatur og deformation. Det er har metaller problemer vedrørende termisk stabilitet, som begrænser databehandling samt applikationer til moderat og undertiden lave temperaturer. Disse hindringer kan overvindes ved manipulation af interface mellem nanocrystalline korn gennem doping med opløste stoffer. Som nævnt ovenfor, dopant kan tage form af adskilte opløst stof eller diskrete partikler eller en kombination heraf og kan stå korn vækst selv ved meget høje temperaturer, hvorved fuld konsolidering gennem høj temperatur smedning uden tab af den fordelagtige mekaniske egenskaber.
Det første trin i kendetegner de mekanisk legeret pulver er observere løs pulver morfologi ved hjælp af en Scanning elektronmikroskop (SEM). Dette trin udføres for at bestemme, hvis de enkelte partikler komponere pulveret viser en tydelig ændring i morfologi, fxfra en plade-lignende morfologi på korte fræsning gange til en mere sfærisk form efter udvidede fræsning gange. Næste, en lille mængde af som sleben pulveret er trykket på 3 GPa i 3 mm grøn sammentrykker, som efterfølgende er monteret i epoxy og poleret. Polering trinene udnyttet er prøven afhængige. En sidste polering trin på 1 µm eller finere er imidlertid forpligtet til at opnå den nødvendige overfladefinish til SEM observation. Ved polering sammentrykker til en final polsk om en micron, kan blive taget tilbage-spredt elektron billeder, der viser fordelingen af de opløste elementer som en funktion af fræsning tid. Imaging ved hjælp af back-spredt elektron er den foretrukne teknik, da kontrasten er baseret på atomnummer. Som et resultat, dukker områder med større mængder af de tungere element i en legering op lysere. Disse billeder samt røntgen diffraktion data kan give indsigt i til når opløst stof fuldt ud træder i solid løsning samt den maksimale mængden af opløst stof, der kan sættes i solid løsning.
Generelt er er de enkelte korn også fint at løse ved hjælp af bare SEM. Derfor er transmissions elektronmikroskopi (TEM) forpligtet til at løse de enkelte korn i en mekanisk legeret pulver. TEM prøveforberedelse afhænger af, hvorvidt den legeret pulver er blevet konsolideret i en tæt, bulkprøven eller ej. Hvis pulveret ikke er en konsolideret bulkprøve, en dobbelt stråle fokuseret ion beam (FIB) / scanning elektron mikroskop (SEM) bruges til lift-out og tynd lamel af modellen for elektron gennemsigtighed22. Lamel kan være taget fra en enkelt, løs partikel eller poleret SEM (3mm kompakt) modellen hvor tværsnit af enkelte partikler er udsat. For hovedparten af prøver, er en 3 mm diameter disken hulles ud ved hjælp af en disc punch. 3 mm disc er derefter jorden ned til ca. 100 µm. Næste, en dimple grinder bruges til at oprette et smilehul i midten af disken. Ideelt, tykkelse i bunden af dimple er mindre end 10 µm. Når den ønskede dimple dybde er opnået, er at prøven ion sleben indtil elektron gennemsigtig.
TEM-analysen er gennemført på 200 keV ved hjælp af et mikroskop udstyret med scanningsfunktioner til transmissions-elektronmikroskop ((S) TEM). Forfatterne har udnyttet både standard TEM og STEM-baseret tænkelig teknik afhængigt af funktionerne mikrostrukturanalyse undersøges. Med det sagt, har forfatterne fandt STILK lysfelt og STEM-høj vinkel ringformede mørke felt (HAADF) som to meget kraftfulde teknikker. STILK lyse felt er blevet udnyttet med enorm succes på imaging/løse korn over store områder af en prøve mens samtidig fremhæve tilstedeværelsen af partikler/klynger og tvillinger. Kontrasten genereret i en STEM-HAADF billede er baseret på z-kontrast, dvs. atomnummer elementer til stede i en prøve, som er en effektiv måde at få indblik i den relative kemi af varierende mikrostrukturanalyse funktioner. Figur 7A er en STILK lysfelt billede af en Cu-10Ta (at.%) prøve lige kanal kantede ekstruderet (ECAE) på 900 ° C giver mulighed for korn til løses klart over ca 1,5 µm2 område. Inden for dette billede, kan omtrent halvtreds korn måles for deres kornstørrelse. Dermed, at tage flere billeder af tilsvarende forstørrelse giver mulighed for korn størrelse statistikker skal fastlægges og histogrammer genereret. Figur 7B er en STEM-HAADF billede taget fra samme område af prøven og klart adskiller den høje antal tæthed af Ta partikler til stede samt den brede vifte af deres størrelser. Dette billede kan bruges på samme måde som lysfelt billedet, men denne gang til at måle Ta partikelstørrelse giver mulighed for et histogram, fremhæve partikelstørrelsesfordeling skal genereres. Tal 7C og tal 7 d er STÆNGLEN lysfelt og HAADF billeder taget af en Cu-10Ta (at.%) prøve ECAE behandles på 700 ° C viser en større Ta partikel (~ 40 nm diameter) omgivet af talrige andre Ta partikler varierer i diameter fra ca 5 til 20 nm. Den større Ta partikel har også en unik mikrostrukturanalyse funktion nuværende med en delvis shell dannet omkring den nederste halvdel.
Atom sonde tomografi (APT) analyse udføres derefter for yderligere at forstå de vigtigste funktioner i pulver (figur 8A). Figur 8 viser de to visning porte bruges til manøvrering prøver fra den midlertidige karrusel til analyse kammer. Figur 8 c viser både belastning lås og buffer kammer med gate ventil adskiller de to kamre i atom sonde system. Belastning låsen er hvor nye prøver er indlæst og gamle prøver er fjernet. Buffer sal huser prøver, der venter på undersøgelse i analyse kammer.
Før atom sonde prøver/tips kan placeres i salen, tips er ophævet-ud på præfabrikeret Si indlæg så annularly sleben ved hjælp af en dobbelt stråle SEM/FIB. Kolonnen ion drives generelt på en stråle strøm på 30 keV under hele proceduren og kun faldet til 5 keV i den endelige oprydning skridt til at minimere Ga Ionimplantering inden for det sidste tip før du udfører for analyse. Beam nuværende bruges varierer meget afhængigt af lethed hvormed de materielle mills. Forfatterne har udnyttet både spænding og laser tilstand for at køre forskellige nanocrystalline-baseret materiale systemer. Spænding tilstand bruges, når et eksemplar er stærkt ledende og har en lav tilbøjelighed til briste under kørsel, mens laser tilstand er ansat for ikke-ledende materialer og/eller prøverne med en høj tilbøjelighed til at fraktur i spænding mode. Indsamlede atom sonde data er derefter analyseret ved hjælp af en passende softwarepakke. Atom-sonden har været ansat til at kvantificere høje antal tætheden af Ta partikler i Cu-10Ta 23, som er nøglen til de fremragende egenskaber af dette materiale ved forhøjede temperaturer 24. Derudover i igangværende forskning, har dette værktøj konstateret tilstedeværelsen af WO2 partikler i galvaniseret NiW legering (figur 9A). Figur 9B viser tilstedeværelsen af Na partikler inden for atom sonde tip. Figur 9 c viser WO2 og Na partikler på samme tid. Figur 9 d er massespektrum for ioner med en masse at oplade stat forholdet fra 0 til 19 Dalton (Da). At identificere og kvantificere adskillelse af både WO2 og Na partikler til dette niveau er ikke mulige via enhver anden analyse teknik. Således karakterisering ved hjælp af SEM, TEM og APT er afgørende for fuldt ud at forstå mikrostruktur og mekanismer på spil i mekanisk legeret nanocrystalline pulver.
Når den termiske stabilitet og styrke af nanosized pulver blev fuldt værdsat, blev det klart, at en konventionel pulver forarbejdningsmetode som enakset presning og sintring, mens gennemførlige, ikke var en foretrukne metode. En metode, der tilbydes kombinationen af temperatur og en anvendt shear stress var nødvendig for at sikre fuld fortætning af pulveret sammentrykker. Som et resultat, blev brug af lige kanal kantede ekstrudering (ECAE) som en forarbejdningsmetode udforsket. I denne metode underkastes en billet - i bar eller plade form - en ren tilstand af shear som det ekstruderet gennem en L-formet kanal25,26,27. Som billet ikke oplever en betydelig ændring i dimensioner under ekstruderingsprocessen, kan det blive udsat for flere gennemløb indtil den ønskede mængde af shear (og ved udvidelse mikrostrukturanalyse raffinement) er blevet formidles. Endelig kan billet roteres mellem hvert gennemløb for at generere den ønskede grad af konsistens i den sidste del. Som et resultat, er det muligt at opnå en endelig extrudate med et betydeligt raffineret mikrostruktur og ønskede tekstur. En skematisk og en delvist ekstruderet billet, som viser den dramatiske ændring i kornstørrelse og orientering i den ekstruderede del i forhold til den ikke-forarbejdede del er vist i figur 10A og figur 10B, henholdsvis.
US Army Research Laboratory har aktivt brugt ECAE behandling i talrige bestræbelser i det sidste årti. Pressen er i stand til at forarbejdning knipler med en hastighed som høj 2,5 cm s-1 under maksimal anvendt belastning af 345 t, med en maksimal die temperatur på 350 ° C (fig. 11A). Prøver at kræve en højere forarbejdning temperatur er forvarmes i en boks ovn beliggende støder op til rammen. Efter det ønskede forvarmning regime er afsluttet, prøven overføres hurtigt til dø og ekstrudering begyndte straks. Den indledende ECAE tryk kapacitet fokuseret på rektangulære knipler størrelsesordenen 1,91 cm firkantet × 22,8 cm lang (fig. 11B). Fortsatte opgraderinger i kapaciteter har resulteret i evnen til at behandle 15 × 15 × 1.27 cm3 samt 30 × 30 × 2.5 cm3 plader.
Mere import for denne diskussion, men er faktum at ECAE bruges rutinemæssigt til at konsolidere en bred vifte af pulvere ikke let konsolideret ved andre betyder 28,29,30. I fremgangsmåde på ARL den ønskede mængde af som sleben pulver er indført i et hulrum, bearbejdet i en nikkel stang (fx., en "nikkel kan"). Da pulveret er indført i hulrummet, er det rutinemæssigt tappet for at minimere enhver påfyldning induceret porøsitet. Når den ønskede mængde af pulver er tilføjet, åbningen er tilsluttet og derefter svejst lukket. Det er vigtigt at bemærke, at "pulver konservering" processen foregår inde en argon fyldt handske boks for at minimere indførelsen af ilt. Til dato, denne proces er blevet brugt til at forberede "dåser" af både Cu-Ta og oxid dispersion styrket (ODS) FeNiZr legering pulvere, med de nøjagtige protokoller er beskrevet nedenfor.
Starter i 2011, en serie af nanocrystalline (fx., Cu-Ta, FeNiZr) legeringer, der viste bemærkelsesværdige korn vækst modstand og termisk stabilitet er blevet udviklet på ARL12,18,19,31 ,32. Da det blev klart, at konventionelle presse og sinter forarbejdningsmetoder ikke var egnet, blev ECAE det primære middel til konsolidering af små prøver egnet til afprøvning. Som et første skridt i ECAE behandling, var nikkel dåser fyldt med som sleben pulvere ekvilibreres i en boks ovnen renses med ren Ar gas til en forudbestemt temperatur (f.eks. 700 ° C). De afbalancerede dåser blev derefter hurtigt fjernet fra ovnen, faldt ind i de ECAE værktøjer forvarmet til den ønskede temperatur og ekstruderet ekstrudering vækstrate 25.5 mm s-1. Denne procedure blev gentaget fire gange efter rute f.kr. (defineret som 90° rotation i samme retning mellem passerer 33). Fire på hinanden følgende ekstrudering passerer resulterede i en samlet stamme af ~ 450%. Scanning Elektron Mikroskopi angivet, at prøverne var fuldt konsolideret med ingen tegn på porøsitet eller forudgående partikel grænser. Korn størrelse målinger fremhæver desuden, ingen mærkbar korn vækst opstod under ECAE behandling.
Seneste behandling bestræbelser har fokuseret på upscaling størrelsen af dele fremstillet af FeNiZr nanocrystalline legering pulvere. De første forsøg på upscaling bruges varmt isostatiske trykker (hofte). I dette forsøg, kan som fræses FeNiZr pulver blev indlæst i omtrentlige 10 g masser i en open-ended aluminium placeret inde i en inert atmosfære handskerum. Efter hver tilsætning af pulver pulver belastning i kan blev komprimeret ved hjælp af en manuelt aktiverede hydraulisk presse til ca 50 kN af kraft. Før forsegling kan, var det opvarmet inde i ovn ved ca 200 ° C i 24 timer. En vakuumpumpe blev knyttet for at trække sig ud af enhver fugt fra inde i dåsen. Kan var så svejset shut (fig. 12A) og placeret inde i HIP enhed (figur 12B) til forarbejdning. Hot isostatiske trykker blev udført på en række prøver på temperaturer fra 600-1000 ° C og et tryk på 207 MPa. Uanset den temperatur anvendes, vises alle prøver dog en maksimal tæthed af ~ 96%.
Da HOFTEN ikke var i stand til at fremstille fuldstændig tætte prøver, blev yderligere bestræbelser udført ved hjælp af en konventionel ekstrudering press. Denne tilgang, var aluminiumsdåser måler ca. 7,5 cm diameter 11 cm i højden pakket med Fe-Ni-Zr pulver i en måde, der svarer til de mindre prøver beskrevet tidligere. Før de faktiske ekstrudering, blev ekstrudering kammer, die indehaveren og die opvarmet til temperaturer fra 400 til 450 ° C. Når billet nået en ligevægt temperatur på 1000 ° C, blev det hurtigt trukket fra ovnen og indlæst i den varme afdeling i ekstruder. Efter ladning ekstruderet billet på ca 1 cm s-1 ved hjælp af forholdet mellem 2:1 og 3:1. For sikkerhed og praktiske grunde, var knipler ikke fuldt skubbet gennem ekstrudering die. Efter afslutningen af en fuld ekstrudering cyklus, blev dør fjernet fra die-indehaveren mens stadig varm, så til afkøling. Wire elektrisk udladning bearbejdning (EDM) blev derefter brugt til at skære dør fra de ekstruderet knipler. 1000 ° C højere temperatur tilladt for en vellykket ekstrudering (figur 12C). Yderligere ekstruderinger er planlagt, med hensigten at optimere behandling parametre og materielle egenskaber baseret på en detaljeret analyse på de ekstruderet knipler.
I et forsøg på at udvikle avancerede materialer i stand til at møde kravene til ydeevne dikteret af unikke driftsmiljøer, US Army Research Laboratory har afsat betydelige ressourcer til at etablere en nanocrystalline Forskningscenter metaller . Som kort beskrevet i denne rapport består laboratoriet af en bred vifte af udstyr og ekspertise til behandling og karakterisering af roman metalstøv, samt den efterfølgende konsolidering og ydeevne evaluering af bulk nanocrystalline dele. Nuværende indsats i Cu-Ta og FeNiZr legeringer har vist evne til med held overgang fra små forskningsindsats større programmer, der har lov til "fuld skala" afprøvning af disse materialer i en række betingelser (fx., spænding, træthed, krybning, chok og ballistiske evaluering) der har ikke tidligere været let udført. Fremtidige indsats vil fokusere på overgangen af disse spændende materialer til en række faktiske komponenter, samt den fortsatte udvikling af nye legering systemer.
Figur 1 : Pulver forarbejdning Labs på Army Research Lab. A) små syntese lab anvendes til produktion af små partier (10 g) af romanen pulvere. Vigtigt udstyr indeholdt i laboratoriet er høj energi shaker mills, der opererer over et interval af temperaturer samt specialiserede testudstyr. B) stor skala syntese lab hvor lovende legeret pulver er produceret i op til 1 kg partier. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 2 : Kritiske komponenter af høj energi vandret roterende kugle møllen bruges i stor skala syntese af nanocrystalline pulvere. A) Flyselskabet gas udledning enhed, B) repræsentant 8 L fræsning krukker, C) lille skala høj energi vandret roterende kugle mill. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 3 : Små pulver syntese omgivende betingelser. A) modificeret høj energi shaker mill, som kan operere fra -20 til 24 ° C og op til 2200 cyklusser pr. minut. B) skematisk af høj energi fræsning proces til form nano-struktureret/nanocrystalline pulvere. C) resulterende pulver (gennemsnitlig partikel størrelse 40 µm dvs. ~-325 mesh) at have en intern kornstørrelse på 10 nm. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 4 : Små kryogene fræsning af nanocrystalline pulvere. A) ændrede høj energi shaker mill, som kan operere ved kryogene temperaturer. B) hætteglas lige efter fjernelse fra cryomilling. C) Standard hætteglas viser antallet af kuglelejer typisk bruges. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 5 : Hardwaresystemer forbundet med stor skala høj energi vandret roterende kugle mill. A) billeder af den større mill. B) højhastighedstog rotor med flere klinger. C) indvendig overflade af fræsning krukke. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 6 : Skematisk af fræseprocessen til to element systemet. Gentagne sammenstød mellem fræsning medier og pulver resultater i en vifte af resulterende mikrostrukturer. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 7 : Repræsentant mikrostrukturanalyse funktioner opnået gennem høj opløsning elektronmikroskopi. A) STILK lysfelt og B) STEM-HAADF billeder taget fra samme område af Cu-10Ta (at.%) stikprøven ECAE behandles på 900 ° C; C) STILK lysfelt og D) STEM-HAADF billeder taget fra samme område af en Cu-10Ta (at.%) prøve ECAE behandles på 700 ° C. STILK-baserede teknikker har været afgørende i belyse de mikrostrukturanalyse funktioner vedrørende de udestående mekaniske egenskaber findes i CuTa legeringer samt andre nanocrystalline pulver baserede materialer. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 8 : Atom sonde tomografi er et værdifuldt værktøj til at analysere forskellige pulvere produceret på ARL. A) den fulde atom sonde tomografi system. B) forstørret billede viser de to visning porte på buffer kammer. C) et nærbillede af belastning lås og buffer kammer. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 9 : Repræsentant elementært kort fremstillet under atom sonde tomografi. A) 3D atom kort visning kun W (røde kugler) og WO2 (blå kugler) atomer; B) 3D atom kort visning kun W (røde kugler) og Na (grønne kugler) atomer; C) 3D atom kort vise kun W (røde kugler), WO2 (blå kugler) og Na (grønne kugler) atomer; D) masse spektrum viser masse til ladning stat forholdet fra 0 til 19 Da, som er de lavere atomnummer elementer, der er den mest vanskelige at identificere og kvantificere ved hjælp af andre analyseteknikker. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 10 : Lige kanal kantede ekstrudering held har været anvendt til at fremstille fuldstændig tætte cylindre fra de legeret pulver. A) skematisk af ECAE-processen viser, hvordan korn raffinement opstår som materiale passerer gennem 90 ° svinget i dø. B) optisk Mikrograf af en delvist ECAE behandles prøven viser ændringer i korn struktur. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 11 : Lige kanal kantede ekstrudering press i øjeblikket på plads på Army Research Lab. A) i sin nuværende udformning er ECAE pressen kan behandle 19 × 19 × 228 mm3 firkantede knipler. Pressen har også kapacitet til at behandle 152 × 152 × 12.7 og 304 × 304 × 25.4 mm3 plader. B) tæt på fotografi viser hvordan billet er indført i toppen af dør. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 12 : Hot isostatisk presning og ekstrudering er to metoder bruges normalt til at konsolidere bulk prøver fra start pulvere. En) forseglet hofte kan klar til indsættelse i B) HIP enhed. C) delvist ekstruderede FeNiZr knipler. Eksemplet til venstre er en 1:3 ratio ekstrudering mens knipler i midten og er lige en 1:2 forholdet ekstrudering.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Sammenlignet med andre syntese teknikker, mekanisk legering er en meget alsidig metode til fremstilling af metal og legeret pulver med kornstørrelser << 100 nm. Faktisk er mekaniske legering en af de få måder, hvor store mængder af nanostrukturerede materialer kan fremstilles i en omkostningseffektiv og let skalerbare måde. Derudover har højenergi bolden fræsning vist sig at langt forhøje grænsen for solid Opløselighed i mange metallisk systemer som ligevægt stuetemperatur opløselighed ellers ikke eksisterer. Dette giver mulighed for nye former for legeringer der skal produceres, hvilket ikke er muligt med andre ligevægt behandling teknikker.
Selv om ikke nødvendigvis kræves en god forberedelse af fræsning medier (fx., belægning løber) anbefales for at minimere mængden af forurenende stoffer føres ind i den endelige pulver. På samme måde, håndtering af pulver, enten før eller efter fræsning, bør udføres i en kontrolleret atmosfære handske boks for at minimere eksponering for ilt og/eller fugt forurening. Endelig, pleje og forsigtighed bør anvendes i åbne fræsning hætteglasset efter en proces kører, som hætteglasset kan potentielt blive tryk under formaling af pulvere under visse driftsbetingelser.
Ændringer til stuetemperatur fræsning af pulvere er ofte påkrævet for at opnå de ønskede resultater. For eksempel, bruges cryomilling til at reducere duktilitet til valgte pulvere for at sikre, at partiklerne er brudt under formaling. En proces kontrol agent såsom stearinsyre kan alternativt også bruges til at reducere partikel bymæssigt område under formaling. Brugen af disse metoder er fast besluttet på et sag til sag.
Mekanisk legering er en bæredygtig proces for mest metalstøv, er der nogle tilfælde, hvor anvendelsen heraf er problematisk. Specifikt, kræver mekanisk legering den overførsel og blande og/eller blanding af elementer eller forbindelser, graden af som er stærkt påvirket af fræsning energi og fræsning tid samt forskel i fysiske egenskaber som hårdhed, sejhed, og relative opløseligheden af komponenter. Fræsning energi er en parameter, der kan ændres inden for en størrelsesorden eller deromkring, men ud over dette er en forholdsvis fast mængde og derfor grad som forbindelser eller faste stoffer kan dannes i enhver given eksperiment kan være begrænset baseret på fysisk og termodynamiske parametre for mekaniske egenskaber og opløseligheden. Udvide fræsning tid at opnå yderligere forbedringer eller blande steder praktiske udgifter begrænser på fremstilling af pulvere og skal evalueres imod ydeevne-cost afvejning. Desuden førte øget fræsning gange kan til forhøjet forurening via interaktion pulvere med fræsning medier eller atmosfære. Højere niveauer af forurening kan dramatisk ændre fysiske egenskaber og ydeevne af pulver og eller konsoliderede dele.
Denne betænkning har detaljerede anvendelse af mekaniske legering til fremstilling af nanocrystalline metal pulvere velegnet til både forskning og industrielle undersøgelser. Da det fulde potentiale af disse materialer er anerkendt gennem afprøvning af bulk prøver og/eller komponenter, de er tilbøjelige til at finde udbredt anvendelse i en række industrisektorer (fx., luft-og rumfart, bil, defense, elektronik mv.).
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).
