Quantification of nanocrystallization by means of X-ray line profile analysis

Zehetbauer, M. J.; Schafler, E.; Ungar, T.

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Quantification of nanocrystallization by means of X-ray line profile analysis

Autorzy

Zehetbauer M. J. , Schafler E. , Ungar T.

Wybrane pełne teksty z tego czasopisma

Identyfikatory

Warianty tytułu

Ilościowy opis nanokrystaliczności przy użyciu analizy profilu linii rentgenowskiej

Konferencja

Symposium on Texture and Microstructure Analysis of Functionally Graded Materials SOTAMA-FGM (03-07.10.2004 ; Kraków, Poland)

Języki publikacji

Abstrakty

In crystalline materials the structural scale reaches submicron or even nanometer sizes when plastic deformation is sustained up to very high strains, low deformation temperatures and/or extended hydrostatic pressure. In order to find out the mechanisms of crystal fragmentation, X-ray Line Profile Analysis (XPA) can provide a number of important parameters which are not (or only scarcely) available by other methods such as TEM and residual electrical resistivity. These are the density, arrangement and type of dislocations, and the internal stresses which all can be determined even in case of very large strains and high contents of alloying atoms. Extending XPA to profiles at high order diffraction (Multi Reflection Profile Analysis, MXPA) it is possible to carefully separate strain broadening from size broadening. This is particularly important when the nanomaterials reveal grain sizes smaller than 100 nm, when the size broadening gets similarly high than strain broadening from plastic deformation. In dislocated metals, the dislocation contrast has to be taken into account for a correct evaluation of grain size which reduces to the coherently scattering domain size in case of nanocrystallization due to plastic deformation, namely SPD. When using highly intense Synchrotron radiation, a maximum in spatial and even time resolution is reached enabling in-situ measurements during deformation of the parameters quoted.

W materiałach polikrystalicznych bardzo silnie odkształconych plastycznie przy niskich temperaturach i w warunkach ciśnienia hydrostatycznego, skala badań strukturalnych osiąga rozmiary sub- lub nanometryczne. Analiza profilu linii rentgenowskiej (XPA) może dostarczyć wielu ważnych informacji o mechanizmach fragmentacji kryształów, nieosiągalnych w ogóle (lub tylko w ograniczonym zakresie) innymi metodami, jak np. TEM czy elektryczna oporność własciwa. Nawet w przypadku bardzo dużych odkształceń i dużej zawartości dodatków stopowych, możliwe jest określenie gęstosci i typu dyslokacji sieciowych oraz naprężeń własnych. Rozszerzajac analizę XPA na odbicia dyfrakcyjne wyższych rzędów (Multi Reflection Profile Analysis, MXPA) możliwe jest rozdzielenie wpływu odkształcenia oraz rozdrobnienia ziarna na poszerzenie profilu. Jest to szczególnie ważne w przypadku nanomateriałów cechujących się rozmiarem ziaren mniejszym niż 100 nm, kiedy to wpływ rozdrobnienia ziarna na poszerzenie profilu staje się porównywalny z wpływem deformacji plastycznej. W materiałach o dużej gęstosci dyslokacji (np. po procesie SPD), poprawna ocena wielkości ziarna wymaga uwzglednienia kontrastu dyslokacyjnego, który redukuje ją do rozmiaru obszarów spójnego rozpraszania. Stosując intensywne promieniowanie synchrotronowe, można osiągnąć znaczną rozdzielczość przestrzenną oraz czasową, co pozwala na pomiary in-situ podczas dkształcenia, a tym samym umożliwia ocenę parametrów deformacji.

Słowa kluczowe

X-ray Line Profile Analysis multi reflection profile analysis size and strain broadening nanocrystallization severe plastic deformation synchrotron radiation

analiza profilu linii rentgenowskiej odbicia dyfrakcyjne wyższych rzędów rozdrobnienie ziarna deformacja plastyczna promieniowanie synchrotronowe

Wydawca

Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences
Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences

Czasopismo

Archives of Metallurgy and Materials

Rocznik

2005

Tom

Vol. 50, iss. 2

Strony

515--533

Opis fizyczny

Bibliogr. 49 poz., rys.

Twórcy

autor

Zehetbauer M. J.

Materials Physics Institute University of Vienna, Austria

autor

Schafler E.

Materials Physics Institute University of Vienna, Austria

autor

Ungar T.

Department of General Physics, Eotvos University, Budapest, Hungary

Materials Physics Institute, University of Vienna, Austria

Bibliografia

[1] H. Gleiter, P. Marquardt, Z. Metallk. 75, 263-267 (1984).
[2] H. Gleiter, Progr. Mater. Sci. 33, 223-315 (1989).
[3] U. Erb, A. M. El-Sherik, G. Palumbo, K. T. Aust, Nanostr.Mater. 2. 383-390 (1993).
[4] C. C. Koch, Y. S. Cho, Nanostr. Mater. 1, 207-212 (1992).
[5] J. Eckert, in: Nanostructured Materials - Processing, Properties and Potential Applications, ed. C.C. Koch, Noyes - William Andrew Pub!. (Norwich, N.Y., USA), p. 423-526 (2002).
[6] R. Z. Valiev, N. A. Krasilnikov, N. K. Tsenev, Mater.Sci.Eng. A 137, 35-40 (1991).
[7) R. Z. Valiev, A. V. Korznikov, R. R. Mulyukov, Mater.Sci.Eng. A168,141-148 (1993).
[8] R. Z. Valiev, in: Proc. NATO-ARW Investigations and Applications of SPD, Moscow 1999, Eds. T. C. Lowe and R. Z. Valiev, Kluwer Academic Publishers (2000).
[9] V. M. Segal, V. I. Reznikov, A. E. Dobryshevshiy, VI. Kopylov, Russian Metallurgy 1, 99-105 (1981).
[10] R. Z. Valiev, R. Z., Islamgaliev. I. V. Alexandrov, Progr. Mater. Sci. 45, 103-189 (2000).
[11] Y. Iwahashi, J. Wang, Z. Horita, M. Nemoto, T. G. Langdon, Scripta Mater. 35, 143-146 (1996).
[12] Y. Beygelzimer, V. Varyukhin, D. Orlov, B. Efros, V. Stolyarov, H. Salimgareyev, in: Proc 2nd International Symposium on Ultrafine Grained Materials, 2002 TMS Annual Meeting, Seattle, USA, Feb. 17-21, 2002, The Minerals, Metals &Materials Society, Warrendale, 43-46 (2002)
[13] D. Glukhov, Russian patent # 21916552, international priority dated 04.04.2001 (PCT/RU/02/00152).
[14] J. Richert, M. Richert, Aluminium 62, 604-607 (1986).
[15] M. Richert, H. P. Stuwe, M. J. Zehetbauer, J. Richert, R. Pippan.Ch. Motz, E. Schafler, Mater. Sci. Eng. A355, 180-185 (2003).
[16] P. W. Bridgman. Studies in Large Plastic Flow and Fracture. McGraw-Hill. New York (1952).
[17] T. Hebesberger, R. Pippan, H. P. Stuwe, in: Proc. 2nd International Symposium on Ultrafine Grained Materials, 2002 TMS Annual Meeting, Seattle, USA, Feb. 17-21, 2002, The Minerals, Metals & Materials Society, Warrendale,. 133-140 (2002).
[18] S. Erbel, Metals Technology 6, 482-486 (1979).
[19] M. Zehetbauer, H. P. Stuwe, A. Vorhauer, E. Schafler, J. Kohout, Adv.Eng.Mater. 5, 330-337 (2003).
[20] B. E. Warren, B. L. Averbach, J. Appl. Phys. 23, 497 (1952).
[21] T. Ungar, A. Borbely, Appl. Phys. Letters 69, 3173-3175 (1996).
[22] T. Ungar, S. Ott, P. G. Sanders, A. Borbely, J. R. Weertm an. Acta Mater. 10, 3693-3699 (1998).
[23] M. Wilkens, M., in: Fundamental Aspects of Dislocation Theory, ed. J. A. Simmons, R. de Wit, R. Bullough, Vol. Nat. Bur. Stand. (US) Spec. Publ. No. 317, Washington, DC. USA, 1195-1221 (1970).
[24] M. A. Krivoglaz, in: X-ray and Neutron Diffraction in Nonideal Crystals, Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, New York (1996).
[25] G. Cagliati, A. Paletti, F. P. Ricci, Nucl. Instrum. 3, 223-228 (1958).
[26] P. Klimanek, R. Kuzel Jr., J. Appl. Cryst. 21, 59-66 (1988).
[27] T. Ungar, I. Dragomir, A. Revesz, A. Borbely, J. Appl. Cryst. 32,992-1002 (1999).
[28] I. Dragomir, T. Ungar, J. Appl. Cryst. 35, 556-564 (2002).
[29] R. E. Dinnebier, R. Von Dreele, P. W. Stephens, S. Jelonek, J. Sieler, J. Appl. Cryst. 32, 761-769 (1999).
[30] A. R. Stokes, A. J. C. Wilson, Proc. Phys. Soc. London 56, 174-181 (1944).
[31] P. W. Stephens, J. Appl. Cryst, 32, 281-288 (1999).
[32] B. E. Warren, Progr. Metal Phys. 8, 147-202 (1959).
[33] C. E. Krill, R. Birringer, Phil. Mag. A 77, 621-640 (1998).
[34] W. C. Hinds, W. C. Aerosol Technology: Properties, Behavior and Measurement of Airbone Particles, Wiley, New York (1982).
[35] H. Mughrabi, Acta metall. 31, 1367-1379(1983).
[36] T. Ungar, I. Groma,M. Wilkens, J. Appl. Cryst 22, 26-34 (1989).
[37] G. Ribarik, T. Ungar, J. Gubicza, J. Appl. Cryst. 34, 669-676 (2001).
[38] K. Levenberg, Quart. Appl. Math. 2, 164-168 (1944).
[39] D. W. Marquardt, J. Appl. Math. 11,431-441 (1963).
[40] E. Toth-Kadar, I. Bakonyi, L. Pogany, A. Cziraki. Surf Coat. Technol. 88, 57-65(1996).
[41] T. Ungar, A. Revesz, A. Borbe1y, J. Appl. Cryst. 31, 554-558 (1998).
[42] A. Dubravina, M. Zehetbauer, E. Schafler, I. Alexandrov, Mater.Sci.Eng. A 387-389, 817-821 (2004).
[43] E. Schafler, A. Dubravina, B. Mingler, H. P. Karnthaler, M. Zehetbauer, in: Proc. 3rd Int Conf. On Nanomaterials by Severe Plastic Deformation - NanoSPD3, Sept. 21-26 (2005), Fukuoka, Japan, ed. Z. Horita, T.C. Langdon, Mater.Sci.Forum, accepted for publication.
[44] M. Zehetbauer, Acta Metall.Mater. 41, 589-599 (1993).
[45] P. Les, M. Zehetbauer, Key Eng. Mater. 97-98, 335-340 (1994).
[46] E. Schafler, K. Simon, S. Bernstorff, P. Hanak, G. Tichy, T. Ungar, M. J. Zehetbauer, Acta Mater. S3, 315-322 (2005).
[47] T. Ungar, M. Zchctbauer, Scripta Mater. 35, 1467-1473 (1996).
[48] M. Zehetbauer, T. Ungar, R. Krai, A. Borbely.E. Schafler, B. Ortner, H. Amenitsch, S. B ernstorff, Acta Mater. 47, 1053-1061 (1999).
[49] M. Zehetbauer, E. Schafler, T. Ungar, I. Kopacz, S. Bernstorff, J.Eng.Mater.Techn. ASME 124, 41-47 (2002).

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-article-BSW3-0016-0027