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Ni-Nb-P-based bulk glass-forming alloys: Superior material properties combined in one alloy family

Ruschel, Lucas M. und Gross, Oliver und Bochtler, Benedikt und Li, Bosong und Adam, Bastian und Neuber, Nico und Frey, Maximilian und Jakovlev, Sergej und Yang, Fan und Jiang, Haorang und Gludovatz, Bernd und Kruzic, J. J. und Busch, Ralf (2023) Ni-Nb-P-based bulk glass-forming alloys: Superior material properties combined in one alloy family. Acta Materialia, 253, Seite 118968. Elsevier. doi: 10.1016/j.actamat.2023.118968. ISSN 1359-6454.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
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Offizielle URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359645423002999?via%3Dihub

Kurzfassung

Ni-Nb-based bulk glass-forming alloys are among the most promising amorphous metals for industrial applications due to their incomparable combination of strength, hardness, elasticity and plasticity. However, the main drawback is the limited glass-forming ability, narrowing the field of application to solely small components. In this study, we show that minor additions of P to the binary Ni-Nb system increase the glass-forming ability by 150 % to a record value of 5 mm. P can be easily added by using an industrial Ni-P pre-alloy which is readily available. The partial substitution of Nb by Ta further boosts the glass-forming ability to values 200 % higher than that of the binary base alloy. Besides conventional X-ray diffraction measurements, the amorphous nature of the samples is verified by high-energy synchrotron X-ray diffraction experiments. Moreover, the mechanical properties of the new alloy compositions are characterized in uniaxial compression tests and Vickers hardness measurements, showing a high engineering yield strength of 3 GPa, an extended plastic regime up to 10 % strain to failure and an increase of the hardness to a maximum value of 1000 HV5. Additionally, calorimetric measurements reveal that the modified alloys feature an extended supercooled liquid region up to 69 K upon heating, permitting thermoplastic micro molding of amorphous feedstock material.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/201043/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Ni-Nb-P-based bulk glass-forming alloys: Superior material properties combined in one alloy family
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Ruschel, Lucas M.Lehrstuhl fur metallische Werkstoffe, Universität des SaarlandesNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Gross, OliverLehrstuhl fur metallische Werkstoffe, Universität des SaarlandesNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bochtler, BenediktLehrstuhl fur metallische Werkstoffe, Universität des SaarlandesNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Li, BosongSchool of Mechanical and Manufacturing Engineering, University of New South Wales, Sydney, AustraliaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Adam, BastianLehrstuhl fur metallische Werkstoffe, Universität des SaarlandesNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Neuber, NicoLehrstuhl fur metallische Werkstoffe, Universität des SaarlandesNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Frey, MaximilianLehrstuhl fur metallische Werkstoffe, Universität des SaarlandesNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Jakovlev, SergejLehrstuhl fur metallische Werkstoffe, Universität des SaarlandesNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Yang, FanFan.Yang (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Jiang, HaorangLehrstuhl fur metallische Werkstoffe, Universität des SaarlandesNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Gludovatz, BerndSchool of Mechanical and Manufacturing Engineering, University of New South Wales, Sydney, AustraliaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kruzic, J. J.School of Mechanical and Manufacturing Engineering, University of New South Wales, Sydney, AustraliaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Busch, RalfLehrstuhl fur metallische Werkstoffe, Universität des SaarlandesNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:4 Mai 2023
Erschienen in:Acta Materialia
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:253
DOI:10.1016/j.actamat.2023.118968
Seitenbereich:Seite 118968
Verlag:Elsevier
ISSN:1359-6454
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Bulk metallic glass; Ni-Nb alloys; Phosphorous; High-strength material; Glass-forming ability;Electrostatic levitation
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Forschung unter Weltraumbedingungen
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R FR - Forschung unter Weltraumbedingungen
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Materialforschung und Mikrogravitation (MuM)
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Materialphysik im Weltraum > Wissenschaftliche Experimente
Hinterlegt von: Yang, Fan
Hinterlegt am:22 Dez 2023 12:45
Letzte Änderung:09 Apr 2024 13:47

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