Untersuchung der plastischen Verformung nanokristalliner Metalle unter verschiedenen Spannungszuständen mit hoch ortsauflösenden und makroskopisch mittelnden Prüfverfahren.
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Makroskopische Verformungsexperimente mittels Scherkompressionsproben weisen eine deutliche Dehnratenempfindlichkeit für edelgaskondensiertes Pd90Au10 mit einer Korngröße von ca. 10 nm auf. Durch eine Auswertung und Analyse des (Scher-)Aktivierungsvolumens konnte gezeigt werden, dass diese Beobachtung hauptsächlich auf thermisch aktivierte Schertransformationen in den Korngrenzen zurückzuführen ist. Dieses Ergebnis wird durch in situ Röntgenbeugung während der Verformung bestätigt, die eine Auswertung der relativen Verformungsanteile von elastischer Gitterdehnung, PVA, SGKGM und Schertransformationen erlaubt. Dabei zeigte sich, dass Korngrenzenprozesse die Plastizität von Pd90Au10 bei einer Korngröße von 10 nm dominieren, während PVA und SGKGM im Bereich der makroplastischen Verformung nur jeweils maximal 10% der Gesamtdeformation tragen. Als Konsequenz dieses mechanischen Verhaltens, das maßgeblich von den 11 Korngrenzen bestimmt wird und Analogien zu metallischen Gläsern aufweist, beobachteten wir bei einer Variation der Goldkonzentration keine klassische Mischkristallhärtung, sondern einen linearen Abfall der Härte mit steigendem Goldgehalt. Trotz der Gemeinsamkeiten mit amorphen Metallen auf mikroskopischer Ebene (Schertransformationen) zeigten sich bei SCS-Experimenten unter gleichen Bedingungen dennoch deutliche Unterschiede im makroskopischen Verhalten, die mit dem komplexen dreidimensionalen Korngrenzennetzwerk in nk Materialien erklärt werden können. Sowohl die Nanoindenterversuche als auch die Mikrodruckexperimente haben bestätigt, dass als Funktion der plastischen Dehnung massives Kornwachstum als Teil des Verformungsvorgangs auftritt. Das wird in beiden Experimente aufgrund der jeweils inhomogenen plastischen Dehnung besonders deutlich und es wurde für Dehnungen von 20% eine Verdopplung des Kornquerschnitts quer zur Druckrichtung beobachtet. Dieser Prozess wird eventuell durch die hohe Reinheit sowie die säulenartige Ausgangsstruktur der Körner in den gesputterten Schichten im Vergleich zu den IGC Proben begünstigt. Die dehnratenabhängigen Nanoindenterversuche zeigen, dass das Zulegieren von Au in Pd zu einer Erhöhung der Festigkeit führt aber nicht die Dehnratensensitivität beeinflusst. Im Rahmen der relativ geringen Variation wurde kein Einfluss der Temperatur auf m beobachtet.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Mechanical assessment of ultra-fine grained Nickel by microcompression experiment and finite element simulation. Journal of Materials Research 27 (2012) 166-277
R. Schwaiger, M. Weber, B. Moser, P. Gumbsch, and O. Kraft
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Shear shuffling governs plastic flow in nanocrystalline metals: An analysis of thermal activation parameters. Physical Review B 89 (2014) 184108
M. Grewer and R. Birringer
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Untangling dislocation and grain boundary mediated plasticity in nanocrystalline nickel. Acta Materialia 65 (2014) 295–307
J. Lohmiller, M. Grewer, C. Braun, A. Kobler, C. Kübel, K. Schüler, V. Honkimäki, H. Hahn, O. Kraft, R. Birringer and P. A. Gruber
