Mechanical properties of high entropy alloy-metallic glass composites
Yüksek entropili alaşım-metalik cam kompozitlerin mekanik özellikleri
- Tez No: 901072
- Danışmanlar: PROF. DR. HÜSNÜ DAL, DOÇ. DR. SEZER ÖZERİNÇ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Metalurji Mühendisliği, Mechanical Engineering, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fen Bilimleri Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Mikro ve Nanoteknoloji Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 127
Özet
Metalik camların (MG) ve yüksek entropili alaşımların (HEA) nanokatmanları, sınırlı geometrilerde mekanik davranışı ve uzunluk ölçeği etkilerini incelemek için etkili bir model sistemi sunar. Bu çalışma, manyetron püskürtme ile 5 ila 200 nm arasında değişen katman kalınlıklarında hazırlanan CuZr/NbMoTaW nanokatmanlarındaki yapı-özellik ilişkilerini araştırmaktadır. Mekanik özellikler, elastik modül, sertlik ve akma mukavemetini ölçmek için nanoindentasyon kullanılarak, enerji temelli kırılma tokluğu değerlendirmeleriyle birlikte incelenmiştir. Sonuçlar, HEA'nın MG'ye göre daha yüksek sertlik ve elastik modül sahip olduğunu, çok katmanlı örneklerin ise ara değerler sergilediğini gösterdi. Özellikle, 5 nm'lik katmanlar belirgin şekilde daha yüksek sertlik gösterdi. XRD ve TEM analizleri, CuZr'nin amorf doğasını ve NbMoTaW'nin (200) dokuya sahip BCC yapısının daha nanokatmanlarda (211) dokuya geçtiğini doğruladı. Bu çalışmada, Sınırlı Katman Kayma (CLS) modeli etkili kayma modülü ile kullanıldı ve kompozit CLS modeli geliştirildi. CLS modeli, h≥30 nm için sertliği düşük tahmin etti ancak 5-10 nm aralığında deneysel verilerle uyumlu olup, h=2.9 nm'de 12.9 GPa'lık pik sertlik gösterdi. Kompozit CLS modeli, h=2.8 nm'de 12.2 GPa'lık bir pik sertlik öngördü ve daha geniş bir kalınlık aralığında (h=5-100 nm) doğru tahminler sağladı, h=200 nm'de sertliği biraz düşük tahmin etti. Deneysel veriler, izo-gerinim davranışını öneren Reuss tahminine daha yakındı. Kompozit CLS modeli, λ=13.4 ile daha iyi uyum sağladı ve h=2.7 nm'de 12.0 GPa'lık bir pik sertlik elde etti. Bu bulgular, yüksek mukavemet ve tokluğu birleştiren ileri kompozitlerin geliştirilmesine yönelik olarak MG/HEA nanokatmanlarının yapısını optimize etmek için faydalıdır.
Özet (Çeviri)
Nanolayers of metallic glasses (MG) and high-entropy alloys (HEA) provide an effective model system for studying mechanical behavior and length scale effects in confined geometries. This study investigates the structure-property relationships in CuZr/NbMoTaW nanolayers, prepared by magnetron sputtering with layer thicknesses ranging from 5 to 200 nm. Mechanical properties were evaluated using nanoindentation to measure elastic modulus, hardness, and yield strength, along with energy-based fracture toughness assessments. Results showed that HEA exhibited higher stiffness and hardness than MG, with multilayered samples displaying intermediate values. Notably, the 5 nm layers demonstrated significantly higher hardness. XRD and TEM analyses confirmed the amorphous nature of CuZr and the BCC structure of NbMoTaW with (200) texture switching to (211) texture in nanolayers. Confined Layer Slip (CLS) model with an effective shear modulus was utilized and the composite CLS model was developed in this work. CLS model underestimated hardness for h≥30 nm but aligned with experimental data at 5-10 nm, showing peak hardness of 12.9 GPa at h=2.9 nm. Composite CLS model predicted a peak hardness of 12.2 GPa at h=2.8 nm and provided accurate estimates over a broader thickness range (h=5-100 nm), slightly underestimating hardness at h=200 nm. Experimental data was closer to the Reuss estimate, suggesting an iso-strain behavior. The composite CLS model fitted better with λ=13.4, achieving a peak hardness of 12.0 GPa at h=2.7 nm. These findings are useful for optimizing the structure of MG/HEA nanolayers toward the development of advanced composites that combine high strength and toughness.
Benzer Tezler
- Production and characterization of zirconium-based bulk metallic glasses
Zirkonyum esaslı kütlesel metalik camların üretimi ve karakterizasyonu
DOĞA BİLİCAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. CEVAT BORA DERİN
- Synthesis and characterization of copper based bulk amorphous alloys
Bakır esaslı iri ve hacimli camsı alaşımların üretimi ve karakterizasyonu
ERDEM MERMER
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Metalurji MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MAHMUT VEDAT AKDENİZ
- Synthesis and development of refractory high entropy alloys
Refrakter yüksek entropili alaşımların sentezi ve geliştirilmesi
AYBERK AYRENK
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Metalurji MühendisliğiÇankaya ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ İLKAY KALAY
- Ultra yüksek sıcaklık uygulamalarına yönelik yüksek entropili alaşım ilaveli sermik esaslı kompozit malzemelerin geliştirilmesi
Development of high entropy alloy additional ceramic based composite materials for ultra high temperature applications
MÜSLÜM KOÇ
Doktora
Türkçe
2023
Metalurji MühendisliğiEskişehir Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERHAN AYAS
- Development and characterization of high entropy (HfTiZrMn/Cr)B2 based ceramics
Yüksek entropi (HfTiZrMn/Cr)B2 bazlı seramiklerin geliştirilmesi ve karakterizasyonu
İLAYDA SÜZER
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DUYGU AĞAOĞULLARI