Name: determining the mechanical strength of ultra-fine-grained metals
Uploaded: 2021-11-22T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Determining the Mechanical Strength of Ultra-Fine-Grained Metals at JoVE.com

Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı'nın (NSFC) hibe numaraları 11621062, 11772294, U1530402 ve 11811530001 kapsamında verdiği desteği kabul ediyoruz. Bu araştırma kısmen Çin Doktora Sonrası Bilim Vakfı (2021M690044) tarafından da desteklenmiştir. Bu araştırma, DE-AC02-05CH11231 sözleşme numarası altında bir DOE Bilim Ofisi Kullanıcı Tesisi olan Gelişmiş Işık Kaynağı ve Şangay Sinkrotron Radyasyon Tesisi'nin kaynaklarını kullanmıştır. Bu araştırma kısmen NSF İşbirliği Anlaşması EAR 1606856 kapsamında Yer Bilimlerinde Malzeme Özellikleri Araştırma Konsorsiyumu olan COMPIP tarafından desteklenmiştir.

1. Numune hazırlama
<ol><li>Ticari kaynaklardan 3 nm, 20 nm, 40 nm, 70 nm, 100 nm, 200 nm ve 500 nm nikel tozu elde edin (bkz. Morfoloji karakterizasyonu Şekil 1'de gösterilmiştir.</li>
	<li>Bir reaksiyon su ısıtıcısı kullanarak 3 nm nikel parçacıklarını ısıtarak 8 nm nikel parçacıkları hazırlayın (bkz.<ol>
<li>Reaksiyon su ısıtıcısına ~ 20 mL mutlak etanol ve ~ 50 mg 3 nm nikel tozu koyun. NOT: Tüm çözelti, su ...

Hesaplamalı simülasyonlar, nanometallerin 5,6,16,17,27,42 üzerindeki tane büyüklüğü etkisini incelemek için yaygın olarak kullanılmıştır. Mükemmel çıkıklar, kısmi çıkıklar ve GB deformasyonunun, nanomalzemelerin deformasyon mekanizmalarında belirleyici rol oynadığı öne sürülmüştür. Bir molekü...

Plastik deformasyona karşı direnç, malzemelerin mukavemetini belirler. Metallerin mukavemeti genellikle azalan tane boyutları ile artar. Bu boyut güçlendirme fenomeni, milimetreden mikronaltı rejime kadar geleneksel Hall-Petch ilişki teorisi ile iyi bir şekilde gösterilebilir; bu, toplu boyutlu metallerin çıkık aracılı deformasyon mekanizmasına dayanır, yani çıkıklar tane sınırlarında (GB'ler) birikir ve hareketlerini engelleyerek metallerde mekanik güçlenmeye yol açar 3,4.
Buna karşılık, genellikle ters Hall-Petch ilişkisi olarak adlandırılan mekanik yumuşama, son yirmi yılda ince nanometaller için 5,6,7,8,9,10 olarak bildirilmiştir. Bu nedenle, nanometallerin gücü hala şaşırtıcıdır, çünkü ~ 10nm 11,12'ye kadar olan tane boyutları için sürekli sertleşme tespit edilirken, 10 nm rejiminin altında yumuşayan boyut vakaları da 7,8,9,10 bildirilmiştir. Bu tartışılan konu için temel zorluk veya zorluk, ultra ince nanometallerin mekanik özellikleri üzerinde istatistiksel olarak tekrarlanabilir ölçümler yapmak ve nanometallerin mukavemeti ve tane büyüklüğü arasında güvenilir bir korelasyon kurmaktır. Zorluğun bir diğer kısmı, nanometallerin plastik deformasyon mekanizmalarındaki belirsizlikten kaynaklanmaktadır. Çıkıklar 13,14, deformasyon eşleştirme 15,16,17, istifleme hataları15,18, GB migrasyon 19,GB kayma 5,6,20,21, tane rotasyonu 22,23,24, nano ölçekte çeşitli kusurlar veya süreçler bildirilmiştir. atomik bağ parametreleri25,26,27,28, vb. Bununla birlikte, hangisinin plastik deformasyona hakim olduğu ve böylece nanometallerin gücünü belirlediği hala belirsizdir.
Yukarıdaki konular için, çekme testi29, Vickers sertlik testi 30,31, nano-girinti testi 32, mikrosütun sıkıştırma33,34,35, vb. gibi geleneksel mekanik mukavemet inceleme yaklaşımları daha az etkilidir, çünkü büyük nanoyapılı malzeme parçalarının yüksek kalitesinin üretilmesi çok zordur ve geleneksel girinti, malzemelerin tek nanopartiküllerinden çok daha büyüktür ( tek parçacık mekaniği). Bu çalışmada, daha önceki çalışmalarda jeoloji alanında kullanılan çeşitli tane boyutlarındaki nano nikelin akma gerilmesini ve deformasyon dokulanmasını yerinde izlemek için malzeme bilimine radyal DAC XRD teknikleri 36,37,38'i tanıtıyoruz. Mekanik güçlendirmenin, daha önce bildirilen en önemli nanometal boyutlarından çok daha küçük olan 3 nm'ye kadar uzatılabileceği bulunmuştur, bu da geleneksel Hall-Petch ilişkisinin rejimini genişletir ve rDAC XRD tekniklerinin malzeme bilimi için önemini ima eder.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>20 nm Ni</td>
			<td>Nanomaterialstore</td>
			<td>SN1601</td>
			<td>Flammable</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3 nm Ni</td>
			<td>nanoComposix</td>
			<td></td>
			<td>Flammable</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>40, 70, 100, 200, 500 nm Ni</td>
			<td>US nano</td>
			<td>US1120</td>
			<td>Flammable</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Absolute ethanol</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>as the solution to make 8 nm Ni</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Absolute isopropanol</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>as the solution to make 12 nm Ni</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Amorphous boron powder</td>
			<td>alfa asear</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Copper mesh</td>
			<td>Beijing Zhongjingkeyi Technology Co., Ltd.</td>
			<td></td>
			<td>TEM grid</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Epoxy glue</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>clean experimental setup</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Focused ion beam</td>
			<td>FEI</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass slide</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glue tape</td>
			<td>Scotch</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Kapton</td>
			<td>DuPont</td>
			<td></td>
			<td>Polyimide film material</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laser drilling machine</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>located in high pressure lab of ALS</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Monochromatic synchrotron X-ray</td>
			<td>Beamline 12.2.2, Advanced Light Source (ALS), Lawrence Berkeley National Laboratory</td>
			<td></td>
			<td>X-ray energy: 25-30 keV</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Optical microscope</td>
			<td>Leica</td>
			<td></td>
			<td>to mount the gasket and load samples</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pt powder</td>
			<td>thermofisher</td>
			<td>38374</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Reaction kettle</td>
			<td>Xian Yichuang Co.,Ltd.</td>
			<td></td>
			<td>50 mL</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sand paper</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>from 400 mesh to 1000 mesh</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Transmission Electron Microscopy</td>
			<td>FEI</td>
			<td></td>
			<td>Titan G2 60-300</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Two-dimension image plate</td>
			<td>ALS, BL 12.2.2</td>
			<td></td>
			<td>mar 345</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

determining the mechanical strength of ultra-fine-grained metals

Metallerin mekanik olarak güçlendirilmesi, endüstrilerde ve akademide malzeme biliminin uzun süredir devam eden zorluğu ve popüler konusudur. Nanometallerin gücünün boyut bağımlılığı çok fazla ilgi çekmektedir. Bununla birlikte, malzemelerin gücünü düşük nanometre ölçeğinde karakterize etmek büyük bir zorluk olmuştur, çünkü nano-girinti, mikro sütun sıkıştırma, çekme vb. gibi geleneksel teknikler artık etkili ve güvenilir hale gelmemektedir. Mevcut protokol, diferansiyel gerilim değişikliklerini izlemek ve ultra ince metallerin gücünü belirlemek için radyal elmas-örs hücresi (rDAC) X-ışını kırınım (XRD) tekniklerini kullanmaktadır. Ultra ince nikel parçacıklarının kaba parçacıklardan daha önemli akma dayanımına sahip olduğu ve nikelin boyut güçlendirmesinin 3 nm'ye kadar devam ettiği bulunmuştur. Bu hayati bulgu son derece etkili ve güvenilir karakterizasyon tekniklerine bağlıdır. rDAC XRD yönteminin nanomalzeme mekaniğini incelemek ve araştırmak için önemli bir rol oynaması bekleniyor.

Hidrostatik sıkıştırma altında, yuvarlanmamış X-ışını kırınım çizgileri kavisli değil, düz olmalıdır. Bununla birlikte, hidrostatik olmayan basınç altında, eğrilik (azimut açısı boyunca çizilen çizgilerin doğrusal olmamasına dönüşen XRD halkalarının eliptikliği), benzer basınçlarda ultra ince taneli nikeli önemli ölçüde arttırır (Şekil 4). Benzer bir basınçta, 3 nm boyutlu nikelin diferansiyel gerinimi en yüksek olanıdır. Mekanik dayanım son...

Watch this Scientific Journal Video about Determining the Mechanical Strength of Ultra-Fine-Grained Metals at JoVE.com

Determining the Mechanical Strength of Ultra-Fine-Grained Metals

Burada sunulan protokol, yüksek basınçlı radyal elmas-örs-hücre deneylerini ve nanomalzemelerin mekanik mukavemetini geleneksel yaklaşıma önemli bir atılımla elde etmek için gerekli olan ilgili verileri analiz etmeyi açıklamaktadır.

Ultra İnce taneli metallerin mekanik dayanımının belirlenmesi

The mechanical strengthening of metals is the long-standing challenge and popular topic of materials science in industries and academia. The size ...

Taneli parçacık, farklı streslerin değişimini izlememize ve geleneksel tekniklerin eksikliğinin üstesinden gelen ASFA metalinin gücünü belirlememize izin verir. Bu teknik, 10 nanometrenin altındaki tane boyutundaki metalin mekanik özelliğini bile tekrarlanabilir ve güvenilir sonuçlarla istatistiksel olarak incelemek için kullanılabilir Kaptan destek contalarını hazırlamak için, iç daireyi kesmek için lazer delme makinesini kullanın, ardından dış dikdörtgen kısım. Dikdörtgen boyut sekiz x 1,4 milimetredir.Daha sonra, ham diskleri zımpara kağıdı ile 60 ila 100 mikrometre kalınlığa kadar manuel olarak parlatarak 10 milimetre çapında bir bor diskinden bor epoksi contaları hazırlayın. Daha sonra iç daireleri ve dış daireyi bir lazer delme makinesi ile kesin. Doğru boyutta ve ortada delinmiş conta çıktığında prosedürü hemen tekrarlayın ve durdurun.Daha sonra, contaları monte etmek için, bir cam sürgü üzerine bir kaptan destek contası yerleştirin ve kaptan contasının iç deliğine delinmiş bir bor contası yerleştirin ve bor contasının daha büyük ucunun üstte olmasını sağlayın. Daha sonra üstüne başka bir temiz cam sürgü koyun, sıkıca tutun ve bor contası kaptan contasının deliğine sıkıca yerleştirilene kadar bastırın. Fabrikasyon conta düzeneklerini iki temiz cam slayt arasında saklayın ve ileride kullanmak üzere tutkal bandı ile sarın.Conta tertibatını monte etmek için, optik mikroskopa bağlı bilgisayar monitöründe elmasın merkezini bulan bir noktayı işaretleyin, ardından bor epoksi contayı takın ve conta deliğinin merkezini işaretleyin. Ardından, conta tertibatını bastırmak için bir cam sürgü kullanın, böylece conta pistonun elması üzerine sıkıca oturur. Conta kurulumunu temizlemek ve sıkıştırmak için, conta yüzeyinde malzeme taşması olmayacak şekilde conta deliğinden daha küçük bir parça boyutuna sahip numuneleri yükleyin.Yeni bir numune parçası yükledikten sonra, kompaktlık elde etmek için hücreyi kapatın. Kırınım deneyleri yapmak için tek renkli bir senkrotron röntgeni kullanın. X-ışını ışınını numune üzerinde yaklaşık 30 x 30 mikrometre kare yüzey alanına odaklayın.X-ışını kırınım desenlerini, piksel başına 100 mikrometre çözünürlüğe sahip iki boyutlu bir görüntü plakası ile bir ila iki gigapascal basınç aralıklarında toplayın. Hidrostatik sıkıştırma altında, yuvarlanmamış x-ışını dIffraction çizgileri kavisli değil düz olmalıdır. Hidrostatik olmayan basınç altında, benzer basınçlarda azalan tane boyutuyla eğrilik önemli ölçüde artar ve bu da sürekli mekanik güçlendirmeyi düşündürür.Benzer basınçlarda, üç nanometre boyutundaki nikelin diferansiyel gerilimi en yüksek olanıdır. Yaklaşık 40 gigapascal'dan söndürülen temsili nikelin transmisyon elektron mikroskobu görüntülerinde, beklendiği gibi kurs taneli numunede yüksek miktarda çıkıklar görülür. Buna karşılık, nano ikizler, bazı istifleme hatalarının eşlik ettiği yüksek basınçlı geri kazanılmış nano kristal nikelde iyi yakalanır.Kısacası, bu ölçümlerde gözlenen istifleme hatalarının neden olduğu twining, kısmi çıkıkların çekirdeklenmesinden ve hareketinden kaynaklanmaktadır. Odanın tozla dolu olduğundan ve contanın yüksek basınçta çatlamadığından emin olmak için numuneyi düzgün bir şekilde yüklememiz gerekir. Geri kazanım numunesi altında TM limitini gerçekleştirebilir ve daha sonra deformasyon mekanizmasını belirlemek için mikroyapıyı ve deformasyon kusurunu inceleyebiliriz.Bu tekniği, nano ölçekli bir enerji okumasında yeşil rotasyonun araştırılması, nano seramiklerin sünekliğinin araştırılması gibi bir araştırma konusu olarak da kullandık.

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Mechanical Engineering

Engineering

Unit 1

Concept of Stress

SCIENTISTS IN ACTION

Determining 3D Flow Fields via Multi-camera Light Field Imaging

Çoklu kamera Işık Alanı Görüntüleme aracılığıyla 3D Akış Alanları Belirleme

In the field of fluid mechanics, the resolution of computational schemes has outpaced experimental methods and widened the gap between predicted and ...

Fast Imaging Technique to Study Drop Impact Dynamics of Non-Newtonian Fluids

Non-Newtonian Akışkanlar Bırak Etkisi Dynamics Eğitim Hızlı Görüntüleme Tekniği

In the field of fluid mechanics, many dynamical processes not only occur over a very short time interval but also require high spatial resolution for ...

Casting Protocols for the Production of Open Cell Aluminum Foams by the Replication Technique and the Effect on Porosity

Çoğaltma Tekniği açın Hücre Alüminyum Köpüklerin Üretimi ve Porosity&#39;sinden Üzerindeki Etki için Protokolleri Döküm

Metal foams are interesting materials from both a fundamental understanding and practical applications point of view. Uses have been proposed, and in many ...

Experiments on Ultrasonic Lubrication Using a Piezoelectrically-assisted Tribometer and Optical Profilometer

Ultrasonik Yağlama üzerinde deneyler bir piezoelektrik destekli tribometre ve Optik profilometre kullanma

Friction and wear are detrimental to engineered systems. Ultrasonic lubrication is achieved when the interface between two sliding surfaces is vibrated at ...

Indirect Fabrication of Lattice Metals with Thin Sections Using Centrifugal Casting

Santrifüj Döküm kullanma İnce bölümler Örgü Metal Dolaylı Fabrikasyon

One of the typical methods to manufacture 3D lattice metals is the direct-metal additive manufacturing (AM) process such as Selective Laser Melting (SLM) ...

Data Acquisition Protocol for Determining Embedded Sensitivity Functions

Veri Toplama Protokolü Gömülü Hassasiyet İşlevleri belirlenmesi için

The effectiveness of many structural health monitoring techniques depends on the placement of sensors and the location of input forces. Algorithms for ...

A Robotic Platform to Study the Foreflipper of the California Sea Lion

Bir Robotik Platform Kaliforniya Deniz Aslan Foreflipper Eğitim için

The California sea lion (Zalophus californianus), is an agile and powerful swimmer. Unlike many successful swimmers (dolphins, tuna), they generate most ...

Ice Generation and the Heat and Mass Transfer Phenomena of Introducing Water to a Cold Bath of Brine

Buz Üretimi ve tuzlu su bir soğuk Bath Tanıtımı Su Isı ve Kütle Transferi

We demonstrate a method for the study of the heat and mass transfer and of the freezing phenomena in a subcooled brine environment. Our experiment showed ...