Mechanical spectroscopy of Zr-based bulk glass forming alloys

Scarfone, Roberto

Mechanische Spektroskopie in Zusammenhang mit Wasserstoff als Sonde ist benutzt worden, um die Phasenumwandlungen und die strukturelle Änlichkeiten (Unterschiede) in Zr-Ti-Cu-Ni-Be und Zr- Cu-Al(-Ni) Legierungen zu untersuchen. Die Änderung der Eigenfrequenz einer 'clamped-free' schwingenden Zunge als Funktion der Temperatur, stellt besondere Eigenschaften dar wie die Phasenentmischung in Zr(41)Ti(14)Cu(12,5)Ni(10)Be(22,5) oder die Entstehung einer metastabile quasikristalline Phase in Zr(69,5)Cu(12)Ni(11)Al(7,5). Die Theorie für die Berechnung der Aktivierungsenergie E für klassischen Wasserstoff Sprünge in einem idealen amorphen Struktur [1], ist für unseren Gläsern angewandt worden: sowohl der Verlauf von mit dem Wasserstoffskonzentration als auch deren Verteilung P(E), stimmen mit den entsprechenden experimentelle Werte überein. Die Entwicklung der Wasserstoffinduzierten Dämpfungsspektren in dem Wasserstoffskonzentrations Bereich zwischen 0,003 und 0,5 H/M, ist in die strukturell relaxierten amorphen, quasikristallin und kristallin Zustände untersucht worden. Keine bedeutenden Unterschied in der Form der Innere Reibung Spektren könnte zwischen den amorphen und quasikristallinen Zustände gemessen werden. Dieser Ergebniss zeigt, dass die ikosahedrische Nahordnung ist dominant in beiden Zustände. Als Konsequenz die Keimbildung Quasikristalline Phasen von den amorphen ist energetisch günstig, und spielt eine wichtige Rolle für die Destabilisierung unterkühlter Schmelzen.

Mechanical spectroscopy combined with the use of hydrogen as a probe has been chosen to investigate firstly the phase transformations, then the structural affinities and differences in various Zr-Ti-Cu-Ni-Be and Zr-Cu-(Ni)-Al alloys. The change of eigenfrequency of a clamped-free vibrating reed as function of temperature showed peculiar features characterizing, for example, the phase separation of Zr(41)Ti(14)Cu(12,5)Ni(10)Be(22,5) or the formation of metastable quasicrystalline Zr(69,5)Cu(12)Ni(11)Al(7,5). The theory for the calculation of the activation energy E for classical hydrogen hopping in a model amorphous structure [1] has been applied to our glasses: both the ongoing of with the hydrogen concentration and its distribution P(E) agree well with the respective experimentally determined quantities. The developing of hydrogen induced damping spectra, for H concentrations in the range from 0,003 to 0,5 H/M, was studied in structurally relaxed amorphous as well as in quasicrystalline and crystalline specimens. No significative difference could be found in the shape of the internal friction peaks for the amorphous and icosahedral states, meaning that a similar short range order dominates in both phases. Due to such similarity, the nucleation of quasicrystals from the glassy state is energetically favorable and plays an important role in the destabilisation of the undercooled melts.

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Scarfone, Roberto: Mechanical spectroscopy of Zr-based bulk glass forming alloys. 2002.

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