Nontoxic, precious-metal-free titanium-based metallic glasses with exceptional glass-forming ability and high specific strength

材料科学 比强度 非晶态金属 腐蚀 冶金 三元运算 结晶 钛合金 合金 金属 铸造 复合材料 复合数 化学工程 计算机科学 工程类 程序设计语言
作者
Lei Chen,Tittaya Thaiyanurak,Zhengming Wang,Michael E. Ayers,Natalia Zaitseva,Donghua Xu
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:124 (4) 被引量:1
标识
DOI:10.1063/5.0191532
摘要

Titanium-based metallic glasses (TBMGs) are attracting broad interest due to their simultaneous light weight, superhigh strength, and specific strength, exceptional wear- and corrosion-resistance and biocompatibility, desirable for electronic, biomedical, and aerospace applications. However, the glass-forming ability (GFA) of TBMGs, except some containing significant amount of toxic (Be) or precious (Pd, Ag) elements, is disappointingly low, as manifested by a critical casting diameter (dc) not more than 6 mm, which significantly restricts their manufacturing and applications. Here, we report our discovery of a series of TBMGs in the (TiZrHf)x(CuNi)y(SnSi)z pseudo-ternary system. These alloys possess an exceptionally large dc, reaching up to 12 mm, doubling the current record for Be and precious-metal free TBMGs. Moreover, these alloys exhibit a low density (7.0–7.3 g/cm3), high fracture-strength (up to ∼2700 MPa), high specific fracture-strength (up to ∼370 N m g−1), and even good plasticity with a plastic strain of up to 9.4% upon compression. They also possess high activation energy for crystallization and high atomic packing efficiency, which provide an initial physical account for their exceptional GFA and manufacturability.

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