Ruschel, Lucas M. and Gross, Oliver and Bochtler, Benedikt and Li, Bosong and Adam, Bastian and Neuber, Nico and Frey, Maximilian and Jakovlev, Sergej and Yang, Fan and Jiang, Haorang and Gludovatz, Bernd and Kruzic, J. J. and Busch, Ralf (2023) Ni-Nb-P-based bulk glass-forming alloys: Superior material properties combined in one alloy family. Acta Materialia, 253, p. 118968. Elsevier. doi: 10.1016/j.actamat.2023.118968. ISSN 1359-6454.
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Official URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359645423002999?via%3Dihub
Abstract
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.
| Item URL in elib: | https://elib.dlr.de/201043/ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Document Type: | Article | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Title: | Ni-Nb-P-based bulk glass-forming alloys: Superior material properties combined in one alloy family | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Authors: |
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| Date: | 4 May 2023 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Journal or Publication Title: | Acta Materialia | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Refereed publication: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Open Access: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Gold Open Access: | No | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| In SCOPUS: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| In ISI Web of Science: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Volume: | 253 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DOI: | 10.1016/j.actamat.2023.118968 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Page Range: | p. 118968 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Publisher: | Elsevier | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ISSN: | 1359-6454 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Status: | Published | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Keywords: | Bulk metallic glass; Ni-Nb alloys; Phosphorous; High-strength material; Glass-forming ability;Electrostatic levitation | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HGF - Research field: | Aeronautics, Space and Transport | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HGF - Program: | Space | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HGF - Program Themes: | Research under Space Conditions | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DLR - Research area: | Raumfahrt | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DLR - Program: | R FR - Research under Space Conditions | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DLR - Research theme (Project): | R - Materials Research and Microgravity (MuM) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Location: | Köln-Porz | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Institutes and Institutions: | Institute of Materials Physics in Space > Scientific Experiments MP | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Deposited By: | Yang, Fan | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Deposited On: | 22 Dec 2023 12:45 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Last Modified: | 09 Apr 2024 13:47 |
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