Crédit :Organisation australienne pour la science et la technologie nucléaires (ANSTO)
Une collaboration de recherche internationale dirigée par des scientifiques de la City University of Hong Kong (CityU) a expliqué une incohérence thermodynamique de longue date dans la formation d'une classe de verre métallique qui peut conduire au développement de nouveaux, meilleurs alliages métalliques.
Le verre métallique est considéré comme un matériau avancé en raison de ses propriétés physiques exceptionnelles, comme une résistance supérieure, dureté, porter, résistance à la corrosion et formabilité. Il est utilisé dans une gamme d'applications, tels que les dispositifs médicaux, transformateurs et équipements sportifs.
Professeur Xun-Li Wang, Chaire Professeur de Physique et Chef du Département de Physique et Science des Matériaux de CityU, qui a dirigé le projet, a déclaré que la découverte d'une phase amorphe cachée dans le verre métallique palladium-nickel-phosphore est une observation importante en physique du verre.
La recherche vient d'être publiée dans la prestigieuse revue Communication Nature .
"Nous pouvons maintenant explorer comment produire ou induire cette phase amorphe dans le verre métallique, afin que nous puissions ajuster les propriétés du matériau dans des tailles plus grandes pour de meilleures applications, " a déclaré le professeur Wang.
Un problème de longue date dans la recherche sur le verre métallique était de résoudre le tassement des atomes dans le matériau, car la structure détermine les propriétés.
Contrairement à la plupart des métaux, où les atomes sont entassés dans des tableaux réguliers, les verres métalliques sont composés d'atomes disposés en désordre; c'est cette structure dite amorphe qui confère de précieuses propriétés à ces matériaux.
Les résultats des mesures DSC-SANS simultanées pour l'alliage Pd41.25Ni41.25P17.5. (a) Les taux de comptage du détecteur intégré en fonction de la température. Le balayage DSC simultané est superposé, qui montre un TC ~ 594 K à une vitesse de chauffe de 2,5 K/min. La coexistence de deux phases est clairement visible au voisinage de Tc. (b) Données SANS de gamme Q complète pour trois échantillons :état brut de coulée (C), trempé à partir de 623 K après la fin de la transformation (S1), et trempé après cristallisation à 673 K (X). Le chevauchement presque complet des profils SANS entre les échantillons bruts de coulée et S1 démontre le comportement réentrant. Crédit :Organisation australienne pour la science et la technologie nucléaires (ANSTO)
Dans une première expérience mondiale, réalisée au Centre australien de diffusion des neutrons, une phase amorphe cachée cruciale a été révélée.
« Nous mesurions la diffusion des neutrons aux petits angles (SANS) tout en chauffant le verre pour évaluer les changements dans sa structure tout en, simultanément, mesurer les changements dans la quantité de chaleur absorbée par le matériau à l'aide d'une méthode appelée calorimétrie différentielle à balayage, " a déclaré le scientifique des instruments QUOKKA, Dr Elliot Gilbert, un co-auteur sur le papier.
« Vous ne pouvez tout simplement pas effectuer cette mesure ailleurs dans le monde. Le dispositif spécial utilisé dans les expériences a été développé ici à l'ANSTO. Nous sommes la seule installation au monde dans laquelle le SANS et la calorimétrie différentielle à balayage peuvent être mesurés en même temps. temps.
Typiquement, la façon dont on pourrait faire ces expériences est de prendre le matériau et de l'étudier avec une gamme de techniques différentes, mais malheureusement, pas en même temps. En essayant de relier les changements structurels se produisant pendant le chauffage, vous ne pouvez tout simplement pas être sûr que les données que vous collectez à partir d'une mesure peuvent être liées à une autre si elles sont collectées à l'aide de sondes de température différentes ou à des moments différents, peut-être à des mois d'intervalle.
Nous avons pu corréler directement les changements dans la structure du matériau avec l'énergie nécessaire pour que cette structure change, " dit Gilbert.
Les mesures par rayons X au synchrotron au Laboratoire national d'Argonne ont fourni des informations sur l'échelle de longueur atomique qui ont montré un réarrangement des amas atomiques avec la température. Cela a été complété par des études à l'Université d'Hokkaido au Japon où des images de microscopie à haute résolution et des diagrammes de diffraction électronique ont été acquis.
« En rassemblant des chercheurs du monde entier, cette découverte ouvre une voie pour manipuler les conditions de traitement de ces matériaux, comme le traitement thermique, générer des comportements avantageux, " dit Gilbert.
