Ductile crystalline–amorphous nanolaminates

材料科学 缩颈 非晶态金属 复合材料 无定形固体 极限抗拉强度 纳米晶材料 延展性(地球科学) 可塑性 晶界 剪切带 冶金 微观结构 结晶学 纳米技术 合金 蠕动 化学
作者
Yinmin Wang,Ju Li,A. V. Hamza,Troy W. Barbee
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [Proceedings of the National Academy of Sciences]
卷期号:104 (27): 11155-11160 被引量:419
标识
DOI:10.1073/pnas.0702344104
摘要

It is known that the room-temperature plastic deformation of bulk metallic glasses is compromised by strain softening and shear localization, resulting in near-zero tensile ductility. The incorporation of metallic glasses into engineering materials, therefore, is often accompanied by complete brittleness or an apparent loss of useful tensile ductility. Here we report the observation of an exceptional tensile ductility in crystalline copper/copper–zirconium glass nanolaminates. These nanocrystalline–amorphous nanolaminates exhibit a high flow stress of 1.09 ± 0.02 GPa, a nearly elastic-perfectly plastic behavior without necking, and a tensile elongation to failure of 13.8 ± 1.7%, which is six to eight times higher than that typically observed in conventional crystalline–crystalline nanolaminates (<2%) and most other nanocrystalline materials. Transmission electron microscopy and atomistic simulations demonstrate that shear banding instability no longer afflicts the 5- to 10-nm-thick nanolaminate glassy layers during tensile deformation, which also act as high-capacity sinks for dislocations, enabling absorption of free volume and free energy transported by the dislocations; the amorphous–crystal interfaces exhibit unique inelastic shear (slip) transfer characteristics, fundamentally different from those of grain boundaries. Nanoscale metallic glass layers therefore may offer great benefits in engineering the plasticity of crystalline materials and opening new avenues for improving their strength and ductility.
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