Новое исследование, проведенное в сотрудничестве с исследователями Berkeley Lab и Калифорнийского технологического института, может указать путь к повышению усталостной прочности монолитных объемных стекол. В ходе совместной работы было обнаружено, что объемное металлическое стекло на основе палладия демонстрирует усталостную прочность, не уступающую лучшим композитным объемным металлическим стеклам и сопоставимым с обычными поликристаллическими конструкционными сплавами, такими как сталь, алюминий и титан. Это исследование было проведено Робертом Ричи, ученым-материаловедом из отдела материаловедения лаборатории Беркли, и Уильямом Джонсоном из Калифорнийского технологического института, одним из пионеров в области производства объемного металлического стекла.
«Мы обнаружили, что неожиданно высокое сопротивление усталости в монолитном массивном металлическом стекле на основе палладия является результатом обширной пластичности полосы сдвига, которая приводит к периодическому профилю трещин, напоминающему лестницу», — говорит Ричи. «Легкость, с которой полосы сдвига образуются в этом стекле на основе палладия, приводит к образованию сильно зубчатых трещин, которые напоминают сцепляющиеся зубья шестерни, и обеспечивают притупление вершины трещины и защиту, ограничивающую открытие и закрытие трещин. Эффект отчасти похож на попытку поговорить с человеком пончик во рту ".
Палладий — это металл с высоким отношением жесткости «объемная жесткость к сдвигу», который противодействует внутренней хрупкости стеклообразных материалов, поскольку энергия, необходимая для образования полос сдвига, значительно ниже, чем энергия, необходимая для превращения этих полос сдвига в трещины.«Эффект многократного расслоения при сдвиге многогранен», — говорит Ричи. "Образование полос сдвига приводит к обширному притуплению вершины трещины, что приводит к внутреннему упрочнению, тогда как возникающие изгибы и смыкания трещин приводят к экранированию вершины трещины, что приводит к внешнему упрочнению. Эти механизмы вместе с высоким порогом усталости, вносят основной вклад в превосходную усталостную выносливость, демонстрируемую монолитным массивным металлическим стеклом на основе палладия ».
Результаты этого исследования опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences. Он называется «Повышенная усталостная выносливость металлических стекол за счет лестничного механизма разрушения».
Ричи и Джонсон являются авторами-корреспондентами. Другие соавторы — Бернд Глудовац, Мариос Деметриу, Майкл Флойд и Антон Хоэнвартер.