The Local Structure and Chemistry in Marginal Glass Forming Alloys

Abstract

Metalik cam alaşımları arasında, marjinal cam oluşturabilen alaşımlar ilk kristalleşen ürünlerinin 1024 m3 değerine kadar ulaşan sayısal çekirdeklenme yoğunluğuna sahip olmaları nedeni ile eşsiz divitrifikasyon özellikleri gösterirler. Yüksek mukavemet, korozyon direnci ve cazip manyetik özellikleri ile klasik çekirdeklenme teorisinin beklentileri ile bağdaşmayan deneysel olarak gözlemlenen nanokristallerin sayısal yoğunluğuna sahip bu alaşımlar yakın zamanda oldukça dikkat çekmiştir. Fakat bu beklenmedik çekirdeklenme davranışı halen açıklanamamıştır. Bu proje, amorf ve eriyik haldeki Al-RE (RE: Nadir toprak elementi) metalik cam alaşımlarının bölgesel yapısal düzenlerinin X-ışını saçılımı ve en gelişmiş elektron-ışını karakterizasyon teknikleri ile araştırılmasını hedef almıştır. Bu çalışmanın tamamlanması ile sadece düzensiz yapılarda bölgesel yapılanmalara ışık tutulmayacak aynı zamanda metalik cam oluşumunun birçok kolektif ve müşterek mekanizmaları da açıklanmış olacaktır.

Among all metallic glasses, marginal glass-forming alloys exhibit unique devitrification features due to their primary crystallization products having intriguing nucleation number density values up to 1024 m-3. Remarkable material properties such as high strength, corrosion resistance, and appealing magnetic properties along with the inconsistency of classical nucleation theory predictions with the experimentally observed number density of nanocrystals have recently attracted much attention. A full agreement as to how this abnormal nucleation event occurs is still lacking. Our previous studies on Al-RE (RE: rare-earth element) have shown that two different amorphization precursors prepared using melt-spinning and magnetron-sputtering techniques showed difference in phase selection hierarchy upon continuous heating. HEXRD and DSC studies both showed different devitrification paths for the amorphous alloys with exactly the same chemical compositions but different production history. We believe that this difference is originated due to medium-range ordered structure exists in as-quenched melt-spun ribbon which is inherited from its molten state. In that sense, the main motivation of the proposed work is to investigate the local structure and chemistry and any possible higher-order correlations in the amorphous and liquid state and understand the structural origins of the observed diversity in crystallization pathways between binary Al-RE metallic glasses with different production history. For this purpose, our proposed work involves critical X-ray scattering and state-of the-art e-beam characterization experiments to investigate the local structural order of Al-RE metallic glass alloys in their amorphous and molten states. The proposed study will not only shed new light on determination of local structure in disordered structures but it will also greatly enhance our overall understanding of many collective and cooperative mechanisms of metallic glass formation