Plastizität von PdAu-Legierungen am unteren Ende der Nanoskala : ein Übergang zu glasartigem Verhalten?

Abstract

Das Ziel dieser Arbeit bestand darin, die Plastizität von edelgaskondensiertem Pd90Au10 mit einer Korngröße von 10 nm im Hinblick auf die Zug-Druck-Asymmetrie, das makroskopische Verformungsverhalten und das Materialversagen zu untersuchen sowie den Einfluss des Korngrenzennetzwerks herauszuarbeiten. Zur mechanischen Prüfung wurden Scherkompressionsproben verwendet, die durch eine Variation des Scher- und Druckanteils der Verformung die Realisierung verschiedener Belastungszustände ermöglichen. Mit diesem Ansatz konnte die Zug-Druck-Asymmetrie von nanokristallinem (nk) Pd90Au10 erstmals experimentell nachgewiesen und ein Mohr-Coulomb-Koeffizient von 0,15 ausgewertet werden, der gut mit dem Wert metallischer Gläser übereinstimmt. Dieses Ergebnis deutet darauf hin, dass, analog zu amorphen Metallen, Schertransformationen am unteren Ende der Nanoskala signifikant zur plastischen Verformung beitragen. Andererseits haben aber Vergleichsmessungen an grobkristallinem Pd90Au10 und dem metallischen Glas Pd40Ni40P20 ergeben, dass auf makroskopischer Skala deutliche Unterschiede im Verformungsverhalten des amorphen und nk Materials existieren, weil das Korngrenzennetzwerk im Gegensatz zu metallischen Gläsern die Ausbildung von makroskopischen Scherbändern unterdrückt. Außerdem hat sich gezeigt, dass die größte in den Korngrenzen auftretende Zugspannungskonzentration in Abhängigkeit des Belastungszustandes ein frühzeitiges Materialversagen durch einen Sprödbruch hervorrufen kann.

The main objective of the present study was to investigate the plasticity of inert-gas condensed Pd90Au10 with a grain size of 10 nm in view of tension-compression-asymmetry, macroscopic deformation behavior and material failure as well as to highlight the influence of the grain boundary network. For mechanical testing, shear compression specimen were used that enable the realization of different loading states by a variation of the shear to compression ratio. With this approach it was possible to verify the tension-compression-asymmetry for nanocrystalline (nc) Pd90Au10 for the first time and to evaluate a Mohr-Coulomb-coefficient of 0.15, which agrees well with values for metallic glasses. This result indicates that analogous to amorphous metals shear transformations contribute significantly to the plastic deformation at the low end of the nanoscale. But on the other hand, comparative measurements of coarse grained Pd90Au10 and the metallic glass Pd40Ni40P20 resulted in inherent differences between the deformation behavior of amorphous and nc materials, related to the grain boundary network which prevents the formation of macroscopic shear bands. Furthermore, it was shown that the largest tensile stress concentration acting in the grain boundaries may induce premature material failure through brittle fracture.