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Impact of sulfur on the liquid structure and dynamics of Ti-Ni-S and Pd-Ni-S glass forming

Wilden, Johanna und Yang, Fan und Holland-Moritz, Dirk und Bochtler, Benedikt und Kuball, Alexander und Lohstroh, Wiebke und Günther, Gerrit und Russina, Margarita und Busch, Ralf und Meyer, Andreas (2023) Impact of sulfur on the liquid structure and dynamics of Ti-Ni-S and Pd-Ni-S glass forming. Joint RQ 17 & ISMANAM 27 Conference, 2023-08-20 - 2023-08-25, Warschau, Polen.

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Kurzfassung

Only very recently Sulfur has been discovered as an alloying element, which improves the glass forming ability of various binary base alloys. For example, in Titanium-based alloys without Beryllium, Sulfur addition allows the bulk glass formation for the first time [1]. It is also possible to produce Ni-Nb-based metallic glasses at very low levels of Sulfur addition, or Pd-based alloys using Sulfur as a substituent of Phosphor. The discovery of these new Sulfur-containing metallics glasses opens new possibilities for many different applications. However, the mechanisms of how Sulfur enhances the glass forming ability are still not well understood. In this study, we investigate the impact of Sulfur addition on the melt structure and dynamics of two ternary model systems: Ti-Ni-S, which is a transition metal-based alloy system, and Pd-Ni-S which contains a noble metal element. We employed state-of-art quasielastic neutron scattering as well as neutron and synchrotron X-ray diffraction, combined with containerless processing techniques like electromagnetic and electrostatic levitation. The latter allows also to access thermophysical proprieties of the alloys including melt viscosity and density. As show in Fig. 1, we found that in the Ti-Ni-S melts the liquid dynamics slow down already at a few atomic percent of Sulfur addition. This is, however, associated with a less densely packed liquid, observed consistently from average packing fraction and microscopic melt structure [2]. In contrast, the dynamics of the Pd-Ni-S seems to be less sensitive to the concentration of Sulfur. Yet, a large discrepancy between the measured Ni self-diffusion coefficient and that scaled from the melt viscosity has been observed, which indicates a potential dynamic decoupling at temperatures well above the liquidus temperature of the alloys [3]. Our findings show that the structure and dynamics of the Sulfur-containing alloys melts depends strongly on the interactions between alloy elements, indicating different mechanisms responsible for the glass formation in Ti-Ni-S and Pd-Ni-S melts. [1] A. Kuball, O. Gross, et al., Scri. Mater. 146 (2018) 73-76; [2] J. Wilden, F. Yang, et al., Appl. Phys. Lett., 117 (2020) 013702; [3] J. Wilden, F. Yang, et al., J. Phys.: Condens. Matter 33 (2021) 435101

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/201046/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Impact of sulfur on the liquid structure and dynamics of Ti-Ni-S and Pd-Ni-S glass forming
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Wilden, JohannaJohanna.Wilden (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Yang, FanFan.Yang (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Holland-Moritz, DirkDirk.Holland-Moritz (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bochtler, BenediktLehrstuhl fur metallische Werkstoffe, Universität des SaarlandesNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kuball, AlexanderLehrstuhl fur metallische Werkstoffe, Universität des SaarlandesNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lohstroh, WiebkeHeinz Maier-Leibnitz Zentrum (MLZ), Technische Universität MünchenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Günther, GerritHelmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und EnergieNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Russina, MargaritaHelmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und EnergieNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Busch, RalfLehrstuhl fur metallische Werkstoffe, Universität des SaarlandesNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Meyer, AndreasAndreas.Meyer (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:August 2023
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:structure and dynamics of liquids; sulfur containing glass forming alloys
Veranstaltungstitel:Joint RQ 17 & ISMANAM 27 Conference
Veranstaltungsort:Warschau, Polen
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:20 August 2023
Veranstaltungsende:25 August 2023
Veranstalter :Warsaw University of Technology
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 12:46
Letzte Änderung:24 Apr 2024 21:01

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