В молибдене при комнатной температуре получили новые зёрна наноиндентором: Rochester и Technion
Остановка наноиндентора сразу после первого pop-in привела к появлению новых сильно разориентированных зёрен в монокристаллах молибдена при комнатной температуре, без печного отжига.
Инженеры из University of Rochester и Technion–Israel Institute of Technology сообщили, что новые зёрна в молибдене можно зарождать при комнатной температуре одним лишь механическим нагружением. Результаты опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences. В экспериментах использовали монокристаллы молибдена с разной ориентацией поверхности и наноиндентор; группу возглавляла проф. Niaz Abdolrahim. pnas.org
Proceedings of the National Academy of Sciencespnas.orgОткрыть источник ↗
Молибден применяют в защите ядерных реакторов, лопатках турбин реактивных двигателей и ракетных соплах, его температура плавления превышает 2600°C. При комнатной температуре он хрупок. Рекристаллизация, то есть перестройка границ и образование новых зёрен, в молибдене обычно идёт только выше примерно 1000°C.
Pop-in как окно в переходную деформацию
При нагружении чистых металлов с контролем силы гомогенное зарождение дислокаций проявляется как внезапный скачок смещения, pop-in. С ним связаны сдвиговые напряжения, близкие к теоретической прочности, массовое зарождение дислокаций и быстрое неконтролируемое проникновение индентора. Авторы вручную прекращали индентирование сразу после первого pop-in, что дало прямой доступ к переходной деформации. По данным экспериментов и моделирования, для pop-in достаточно глубины всего в несколько нанометров.
После pop-in при комнатной температуре обнаружены новые, сильно разориентированные зёрна. Авторы связывают это с двумя механически управляемыми процессами. В первом активируется двойникование, и границы двойников превращаются в случайные большеугловые границы зёрен. Во втором дислокации перестраиваются в большеугловые границы в областях с высокой локальной плотностью дислокаций. pnas.org
Proceedings of the National Academy of Sciencespnas.orgОткрыть источник ↗
Моделирование и стирание новых зёрен
Атомистическое моделирование с контролем смещения воспроизвело оба механизма зарождения зёрен, двойниковый и дислокационный, внутри отдельного зерна, когда уже существующая граница зерна блокировала скольжение дислокаций. Без такой границы зародившиеся дислокации уходили в окружающий кристалл и новых зёрен не образовывали.
Продолжение индентирования после pop-in механически стирает новообразованные зёрна. Это подтверждено и в экспериментах, и в моделировании; по словам авторов, этим объясняется, почему явление не обнаруживали раньше. Они называют pop-in простой и широко доступной платформой для качественного изучения переходной эволюции микроструктуры в металлах с малым числом дефектов.
Докторант Afnan Mostafa пояснил, что метод избавляет от необходимости нагревать целые детали до температур около 1000°C и позволяет локально менять кристаллическую структуру, не затрагивая остальной образец.
