Free Volume in Amorphous Alloys and Its Change under External Influences

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The effect of excess free volume on the structure and crystallization of amorphous metal alloys is considered. Its change is an important characteristic of such alloys. Changes in the free volume during structural relaxation, aging, heat treatment, deformation, and irradiation are given. It is shown that the excess free volume fraction in the material depends on the alloy composition and the conditions for its production and changes under various external influences, which can contribute to both a decrease and an increase in the fraction. An increased fraction of excess free volume affects the physical properties, the evolution of the structure, and also contributes to the acceleration of the crystallization of the amorphous phase. The ability to control the free volume fraction in a sample opens up new ways to control the structure and, as a result, the properties of materials.

About the authors

G. E. Abrosimova

Institute of Solid State Physics RAS

Author for correspondence.
Email: gea@issp.ac.ru
Russia, 142432, Chernogolovka

A. S. Aronin

Institute of Solid State Physics RAS

Author for correspondence.
Email: aronin@issp.ac.ru
Russia, 142432, Chernogolovka

References

  1. Willens R.H., Klement W., Duwez P. // J. Appl. Phys. 1960. V. 31 P. 1136. https://doi.org/10.1063/1.1735777
  2. Trexler M.M., Thadhani N.N. // Prog. Mater. Sci. 2010. V. 55. P. 759. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2010.04.002
  3. Hasani S., Rezaei-Shahreza P., Seifoddini A., Hakimi M. // J. Non-Cryst. Solids. 2018. V. 497. P. 40. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2018.05.021
  4. Cohen M.H.,Turnbull D. // J. Chem. Phys. 1959. V. 31. P. 1164.
  5. Doolittle A.K. // J. Appl. Phys. 1951. V. 22. P. 1471.
  6. Turnbull D., Cohen M.H. // J. Chem. Phys. 1961. V. 34. P. 120.
  7. Cohen M.H., Grest G.S. // Phys. Rev. B. 1979. V. 20. P. 1077.
  8. Wen P., Tang M.B., Pan M.X., Zhao D.Q., Zhang Z., Wang W.H. // Phys. Rev. B. 2003. V. 67. P. 212201.
  9. Haruyama O., Inoue A. // Appl. Phys. Lett. 2006. V. 88. P. 131906.
  10. Yavari A.R., Moulec A.L., Inoue A., Nishiyama N., Lupu N., Matsubara E., Botta W.J., Vaughan G., Michiel M.D., Kvick Å. // Acta Mater. 2005. V. 53. P. 1611.
  11. Rätzke K., Hüppe P.W., Faupel F. // Phys. Rev. Lett. 1992. V. 68. P. 2347.
  12. Dmowski W., Iwashita T., Chuang C. P., Almer J., Egami T. // Phys. Rev. Lett. 2010. V. 105. P. 205502.
  13. Ramachandrarao P., Cantor B., Cahn R.W. // J. Non-Crystal. Solids. 1977. V. 24. P.109.
  14. Cohen M.H., Grest G.S. // Phys. Rev. B 1979. V. 20. P. 1077.
  15. Chen S., Xu D., Zhang H., Chen H., Liu Y., Liang T., Yin Z., Jiang Sh.,Yang K., Zeng J., Lou H., Zeng Zh., Zeng Q. // Phys. Rev. B. 2022. V. 105. P. 144201. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.105.144201
  16. Ramachandrarao P., Cantor B., Cahn R.W. // J. Mater. Sci. 1977. V. 12. P. 2488.
  17. Cahn R.W. Rapid Solidification Processing: Principles and Technologies / Eds. R. Mehrabian et al. LA: Clattor’s Baton Rouge, 1978.
  18. Chen L.Y., Fu Z.D., Zhang G.Q., Hao X.P., Jiang Q.K., Wang X.D., Cao Q.P., Franz H., Liu Y.G., Xie H.S., Zhang S.L., Wang B.Y., Zeng Y.W., Jiang J.Z. // Phys. Rev. Lett. 2008. V. 100. P. 075501.
  19. Murali P., Ramamurty U. // Acta Mater. 2005. V. 53. P. 1467.
  20. Ketov S.V., Sun Y.H., Nachum S., Lu Z., Checchi A., Beraldin A.R., Bai H.Y., Wang W.H., Louzguine-Luzgin D.V., Carpenter M.A. // Nature. 2015. V. 524. P. 200.
  21. Abrosimova G., Volkov N., Pershina E., Tran Van Tuan, Aronin A. // J. Non-Cryst. Solids. 2019. V. 528. P. 119751. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2019.119751
  22. Taub A.I., Spaepen F. // Acta Metall. 1980. V. 28. P. 1781.
  23. Ruitenberg G., Hey P.D., Sommer F., Sietsma J. // Phys. Rev. Lett. 1997. V. 79. P. 4830.
  24. Xu Y., Fang J., Gleiter H., Horst H., Li J. // Scr. Mater. 2010. V. 62. P. 674.
  25. Slipenyuk A., Eckert J. // Scr. Mater. 2004 V. 50. P. 39.
  26. Launey M.E., Kruzic J.J., Li C., Busch R. // Appl. Phys. Lett. 2007. V. 91. P. 051913.
  27. Egami T. // Mat. Res. Bull. 1978. V. 13. P. 557.
  28. Liebermann H.H., Graham C.D., Flanders P.J., Jr. // IEEE Trans. Mag. 1977. V. MAG-13. P. 1541.
  29. Williams R., Egami T. // IEEE Trans. Mag. 1976. V. MAG-12. P. 927.
  30. Egami T. // J. Am. Ceram. Soc. 1977. V. 60. P. 128.
  31. Chen H.S., Leamy H.J., Barmatz M. // J. Non-Cryst. Solids. 1970. V. 5. P. 444.
  32. Soshiroda T., Koiwa M., Masumoto T. // J. Non-Cryst. Solids. 1976. V. 21. P. 688.
  33. Berry B.S., Pritchet W.C. // Phys. Rev. Lett. 1975. V. 34. P. 1022.
  34. Chou C.-P.P., Turnbull D. // J. Non-Cryst. Solids. 1975. V. 17. P. 169.
  35. Gunderov D., Astanin V., Churakova A., Sitdikov V., Ubyivovk E., Islamov A., Jing Tao Wang // Metals. 2020. V. 10. P. 1433. https://doi.org/10.3390/met10111433
  36. Nishiyama N., Horino M., Inoue A. // Mater. Trans JIM. 2000. V. 41. № 11. P. 1432. https://doi.org/10.2320/matertrans1989.41.1432
  37. Chen H.S. // J. Appl. Phys. 1978. V. 49. P. 3289. https://doi.org/10.1063/1.325279
  38. Meng F., Tsuchiya K., Seiichiro I.I., Yokoyama Y. // Appl. Phys. Lett. 2012. V. 101. № 12. P. 121914. https://doi.org/10.1063/1.4753998
  39. Boltynjuk E., Gunderov D., Ubyivovk E., Monclús M., Yang L., Molina-Aldareguia J., Tyurin A., Kilmametov A., Churakova A., Churyumov A. // J. Alloys Compd. 2018. V. 747. P. 595. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.03.018
  40. Aronin A.S., Louzguine-Luzgin D.V. // Mechan. Mater. 2017. V. 113. № 10. P. 19. https://doi.org/10.1016/j.mechmat.2017.07.007
  41. Mironchuk B., Abrosimova G., Bozhko S., Pershina E., Aronin A. // J. Non-Crystal. Solids. 2022. V. 571. P. 121279. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2021.121279
  42. Li Q.-K., Li M. // Mater.Trans. 2007. V. 48. № 7. P. 1816. doi: 102320/matertrans.MJ200875
  43. Jiang W.H., Atzmon M. // Acta Mater. 2003. V. 51. № 14. P. 4095. https://doi.org/10.1016/S1359-6454(03)00229-5
  44. Maaß R., Birckigt P., Borchers C., Samwer K., Volkert C.A. // Acta Mater. 2015. V. 98. P. 94. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2015.06.062
  45. Greer A.L., Cheng Y.Q., Ma E. // Mater. Sci. Eng. R. 2013. V. 74. № 4. P. 71. https://doi.org/10.1016/j.mser.2013.04.001
  46. Rösner H., Peterlechner M., Kübel Ch., Schmidt V., Wilde G. // Ultramicroscopy. 2014. V. 142. № 7. P. 1. https://doi.org/10.1016/j.ultramic.2014.03.006
  47. Schmidt V., Rösner H., Peterlechler M., Wilde G. // Phys. Rev. Lett. 2015. V. 115. № 7. P. 035501. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.115.035501
  48. Абросимова Г.Е., Матвеев Д.В., Аронин А.С. // УФН. 2022. Т. 192. № 3. P. 247. https://doi.org/10.3367/UFNr.2021.04.038974
  49. Gunderov D., Astanin V., Churakova A., Sitdikov V., Ubyivovk E., Islamov A., Wang J.T. // Metals. 2020. V. 10. № 11. P. 1433. https://doi.org/10.3390/met10111433
  50. Chen Y.M., Ohkubo T., Mukai T., Hono K. // J. Mater. Res. 2009. V. 24. P. 1. https://doi.org/10.1557/jmr.2009.0001
  51. He J., Kaban I., Mattern N., Song K., Sun B., Zhao J., Kim D. H., Eckert J., Greer A.L. // Sci. Rep. 2016. V. 6. P. 25832. https://doi.org/10.1038/srep25832
  52. Liu C., Roddatis V., Kenesei P., Maaß R. // Acta Mater. 2017. V. 140. P. 206. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2017.08.032
  53. Chen Z.Q., Huang L., Wang F., Huang P., Lu T.J., Xu K.W. // Mater. Design. 2016. V. 109. P. 179. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2016.07.069
  54. Abrosimova G., Chirkova V., Pershina E., Volkov N., Sholin I., Aronin A. // Metals. 2022. V. 12. P. 332. https://doi.org/10.3390/met12020332
  55. Cremaschi V., Arcondo B., Sirkin H., Vazquez M., Asenjo A., Garcia J.M., Abrosimova G., Aronin A. // J. Mater. Res. 2000. V. 15. № 9. P. 1936. https://doi.org/10.1557/JMR.2000.0279
  56. Abrosimova G.E., Aronin A.S., Kir’janov Yu.V., Matveev D.V., Zver’kova I.I., Molokanov V.V., Pan S., Slipenyuk A. // J. Mater. Sci. 2001. V. 36. № 16. P. 3933.
  57. Abrosimova G., Matveev D., Pershina E., Aronin A. // Mater. Lett. 2016. V. 183. P. 131. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2016.07.053
  58. Abrosimova G., Aronin A. // Mater. Lett. 2017. V. 206. P. 64. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2017.06.098
  59. Абросимова Г.Е., Аронин А.С. // ФТТ. 2017. Т. 59. Вып. 11. С. 2227.
  60. Hirata A., Guan P., Fujita T., Hirotsu Y., Inoue A., Yavary A., Sakurai T., Chen M. // Nature Mater. 2011. V. 10. P. 28. https://doi.org/10.1038/nmat2897
  61. Abrosimova G., Aronin A., Budchenko A. // Mater. Lett. 2015. V. 139. P. 194. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2014.10.076
  62. Abrosimova G.E., Aronin A.S. // Int. J. Rapid Solidif. 1991. V. 6. P. 29.
  63. Абросимова Г.Е., Аронин А.С., Волков Н.А. // ФТТ. 2019. Т. 61. С. 1352.
  64. Volkov N., Abrosimova G., Aronin A. // Mater. Lett. 2019. V. 265. P. 127431. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2020.127431
  65. Абросимова Г.Е. // УФН. 2011. Т. 181. № 12. С. 1265. https://doi.org/10.3367/UFNr.0181.201112b.1265
  66. Doi K. // J. Non-Cryst. Solids 1979. V. 34. P. 405.
  67. Gerling R. // Scripta Met. 1982. V. 16. P. 963.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2.

Download (568KB)
Indexing metadata
3.

Download (217KB)
Indexing metadata
4.

Download (123KB)
Indexing metadata
5.

Download (76KB)
Indexing metadata
6.

Download (161KB)
Indexing metadata
7.

Download (84KB)
Indexing metadata
8.

Download (187KB)
Indexing metadata
9.

Download (797KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2023 Г.Е. Абросимова, А.С. Аронин

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».