Development of nanostructured metallic glasses with high toughness

Metalik camlar, düzensiz atomik yapılara ve yüksek sertlik, mukavemet ve aşınma direnci gibi üstün mekanik özelliklere sahip metalik alaşımlardır. Bu özellikler metalik camları aşınma önleyici, korozyona dayanıklı ve biyouyumlu kaplama uygulamaları için umut verici kılmaktadır. Öte yandan, metalik camlar kırılgandır ve bu da uygulamalar için büyük bir dezavantaj oluşturmaktadır. Bu tez çalışması, yüksek tokluk ve sünekliğe sahip nanoyapılı metalik camların geliştirilmesi yoluyla bu problemin üstesinden gelmeyi amaçlamaktadır. Tezin ilk bölümü, geniş bir kompozisyon aralığında ikili sistemlerde ince film metalik camların sentezlenmesini ele almaktadır. Bu kapsamda ZrTa ve CuTa ikili sistemleri incelenmiştir. Numuneleri üretmek için fiziksel buhar biriktirme yöntemi kullanılmış ve kombinatoryal saçtırma yaklaşımı benimsenmiştir. Bu sayede, sadece iki saçtırma seansında 25 monolitik numune (13 ZrTa ve 12 CuTa numunesi) üretilmiştir. Ardında tüm numunelerin içyapısı incelenmiş ve her iki sistemde de geniş bir kompozisyon aralığı için amorf yapı gözlenmiştir. Gerçekleştirilen mikromekanik ölçümler sayesinde ilgili yapı-özellik ilişkileri kurulmuştur. Bir sonraki adım olarak, kompozisyon modülasyonları aracılığıyla nanoheterojenliklere sahip nanokatmanlı metalik camlar üretilmiştir. Bu kapsamdaki ZrTa numunelerinin kırılma tokluğunu ölçmek için yakın zamanda geliştirilen nanosertlik temelli bir enerji yöntemi kullanılmıştır. Sonuçlar, söz konusu nanokatmanlı metalik cam kompozitlerin yüksek sertlik ve yüksek sünekliği beraber sunduğunu göstermiş ve bu yaklaşımın mühendislik uygulamaları için ticari kaplamaların geliştirilmesine yönelik potansiyel taşıdığını ortaya koymuştur. ZrTa çalışmasında olduğu gibi, CuTa çalışmasında da kompozisyona bağlı modülasyonlar şeklinde tasarlanmış heterojen bir yapı incelenmiştir. Bu kez kaplamalara doğrudan çekme testi uygulanmış ve nanokatmanlı metalik cam ve metalik cam-kristal kompozitlerin yüksek sertlik, elastikiyet modülü ve sünekliği bir araya getirdiği ortaya konmuştur. Elde edilen sonuçlar, nanokatmanlı metalik cam kaplamaların mühendislik uygulamaları için büyük gelecek vaat ettiğini göstermektedir.