Frühstadien der plastischen Verformung in metallischen Gläsern auf der Nanometerskala

• Antragstellerin: Professorin Dr. Cynthia A. Volkert
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 299414852

Das plastische Verformungsverhalten metallischer Gläser (MG) bei anwendungstechnisch relevanten Temperaturen wird durch das Auftreten von Scherbändern bestimmt. MG zeigen aufgrund ihrer inhärenten Tendenz zur lokalisierten Verformung in Scherbändern eine unerwünschte Sprödheit auf makroskopischer Längenskala. Die Entstehung von Scherbändern aus kleineren Verformungsentitäten, so genannten Schertransformationszonen (STZ), und das daraus resultierende Sprödverhalten von MG zu verstehen, ist ein aktives Forschungsfeld in den vergangenen Jahren. Weil STZ sich auf Zeit- und Längenskalen herausbilden, die experimentell kaum zugänglich sind, ist ein indirekter Zugang zu ihrem Verhalten über mikro- und nanomechanische Untersuchungen, wie der sphärischen Nanoindentierung erforderlich.In diesem Projekt sollen MG sphärischen Nanoindentierungs-Experimenten unter verschiedenen Bedingungen (externe Spannungen, Dehnrate, Indenter-Spitzenradius) unterzogen werden, um Informationen über das Einsetzen von plastischer Verformung, d. h. dem Moment der Herausbildung eines irreversiblen Fließereignisses durch Wechselwirkung individueller STZ zu erhalten. In Kraft-Weg-Daten kann dieses Ereignis als ein so genannter Pop-in identifiziert werden. Der physikalische Hintergrund des Einsetzens plastischer Verformung in MG wird anhand des statistischen Pop-in-Verhaltens in Abhängigkeit der experimentellen Rahmenbedingungen analysiert. Wir beabsichtigen die Untersuchung der fundamentalen Triebkräfte von Pop-ins durch die Analyse des Einflusses externer mechanischer Spannungen. Wir werden außerdem den Einfluss zeitlicher Korrelationseffekte auf die Entstehung von Pop-ins durch die Variation der Belastungsrate untersuchen. Abschließend werden wir räumliche Effekte über verschiedene Nanoindenter-Spitzenradien und das damit skalierende verformte Volumen untersuchen. Die Indentierungsversuche werden durch komplementäre Ergebnisse ergänzt, im Speziellen durch eine in-situ Messung der Schallemission während der Indentierung, Rasterkraftmikroskopie als Methode zur topografischen Untersuchung der Nanoindents, und Fluktuationselektronenmikroskopie zur Sichtbarmachung früher struktureller Änderungen bei Belastung und plastischer Verformung.Das Ziel dieses Projektes ist es, ein verständliches Modell über die STZ-Interaktion in räumlicher und zeitlicher Domain zu entwickeln, und den Übergang zu korrelierter plastischer Verformung und Scherbändern zu verstehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen