High-throughput diffusion multiples

Zhao, Ji‐Cheng; Zheng, Xuan; Cahill, David G.

doi:10.1016/s1369-7021(05)71122-6

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“…The limitation of diffusion couples is that it does not consider the microstructure formed by production process, as having a significant effect on the properties and as such results in an uncontrolled key variable in the control of performance of a material properties. [16][17][18][19] Despite this limitation, diffusion multiples combined with the proposed characterization technique provides a rapid method to characterize the properties of a large data set of compositions of irradiated materials.…”

Section: Extension Of Acelerated Testing To Diffusion Couplesmentioning

confidence: 99%

Fast neutron environments.

Buchheit¹,

Kotula²,

Lu³

et al. 2011

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The goal of this LDRD project is to develop a rapid first-order experimental procedure for the testing of advanced cladding materials that may be considered for generation IV nuclear reactors. In order to investigate this, a technique was developed to expose the coupons of potential materials to high displacement damage at elevated temperatures to simulate the neutron environment expected in Generation IV reactors. This was completed through a high temperature high-energy heavy-ion implantation. The mechanical properties of the ion irradiated region were tested by either micropillar compression or nanoindentation to determine the local properties, as a function of the implantation dose and exposure temperature. In order to directly compare the microstructural evolution and property degradation from the accelerated testing and classical neutron testing, 316L, 409, and 420 stainless steels were tested. In addition, two sets of diffusion couples from 316L and HT9 stainless steels with various refractory metals. This study has shown that if the ion irradiation size scale is taken into consideration when developing and analyzing the mechanical property data, significant insight into the structural properties of the potential cladding materials can be gained in about a week. 4 ACKNOWLEDGMENTSThe authors would like to thank Dan Buller and Stuart Van Deusen for their time and expertise needed to complete the high temperature ion implantations. The authors would also like to thank Stuart Maloy, Andrew T. Nelson, and Osman Anderoglu for the many useful discussions and for supplying the HT9 steel used to produce the diffusion couples. The authors would also like to

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Section: Extension Of Acelerated Testing To Diffusion Couplesmentioning

confidence: 99%

Fast neutron environments.

Buchheit¹,

Kotula²,

Lu³

et al. 2011

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“…Als Produkte langer Reaktionszeiten werden daher alle thermodynamisch stabilen binären Verbindungen innerhalb des Phasendiagramms Keime bilden und diese anschließend weiterwachsen. Zhao et al [132,134,135] erweiterten diesen Ansatz auf mehr als zwei Elemente, indem sie eine Anordnung von drei oder mehr unterschiedlichen Metallblöcken in unmittelbarem Kontakt zueinander positionierten und hohen Temperaturen aussetzten, um eine thermische Interdiffusion zu ermöglichen und dadurch Mischkristallzusammensetzungen und intermetallische Verbindungen herzustellen. In ihren Untersuchungen wurde die erzeugte Bibliothek intermetallischer Verbindungen hinsichtlich thermischer Leitfähigkeit mit Mikrometer-Auflö-sung durch Zeit-Domänen-Thermoreflexionsmessungen mithilfe eines gepulsten fs-Lasers (eine erst kürzlich entwickelte Methode) [136] und hinsichtlich des Young-Moduls durch Nanoindentationstechniken untersucht.…”

Section: Dünnschicht-und Verwandte Technikenunclassified

“…"Diffusion-Multiple-Approach" in der HT-Materialforschung (aus Lit. [134] Neben der Magnetron-Sputter-Technik wird auch die Abscheidung mit gepulsten Lasern (pulsed laser deposition, PLD) angewendet, um eine schnelle sequenzielle Abscheidung von Submonoschichten aus den Komponenten des Zusammensetzungsgradienten unter gleichzeitiger Vermischung der Komponenten auf atomarer Ebene während des Wachstumsprozesses auszuführen. Daher kann, wie bei der Codeposition, ein pseudo-binäres oder pseudo-ternäres Phasendiagramm ohne die Notwendigkeit einer Tempernachbehandlung generiert werden, wodurch dieser Ansatz für die Synthese von Nichtgleichgewichtszuständen in Form von metastabilen Phasen anwendbar ist.…”

Section: Dünnschicht-und Verwandte Technikenunclassified

Kombinatorische und Hochdurchsatz‐Techniken in der Materialforschung

2007

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Hochdurchsatztechniken zur Entdeckung, Entwicklung und Optimierung von Materialien und Katalysatoren gewinnen zunehmend an Akzeptanz in der Industrie. Über die Jahre ist eine relative, synchron verlaufende Entwicklung von Techniken zur parallelisierten Herstellung und Charakterisierung mit dazugehöriger Software und Informationstechnologien zu verzeichnen. Im vorliegenden Aufsatz wird versucht, einen umfassenden Überblick über den Stand der Technik an ausgewählten Beispielen zu vermitteln. Datenbanken, “Design of Experiment”, Data‐Mining‐Techniken, Modellierungstechniken und Entwicklung evolutionärer Strategien werden ebenso angesprochen wie die vielen komplexen Materialien, für deren Erforschung bereits geeignete Techniken entwickelt wurden. Unterschiedlichste Methoden zur parallelisierten Synthese führen zu Einzelsubstanz‐ oder Gradientenbibliotheken für elektronische und optische Materialien ebenso wie für Polymere und Katalysatoren oder anhand von Formulierungsstrategien erzeugten Produkten. Viele Beispiele illustrieren die unterschiedlichsten Insellösungen und dokumentieren eine bisher kaum wahrgenommene Vielfalt an neuen Verfahren für Synthese und Analyse nahezu beliebiger Materialien. Der Aufsatz endet mit einer Zusammenfassung literaturbekannter Erfolge und einer Abschätzung von noch vorhandenen Problemen und Zukunftsaufgaben.

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“…In this context, the diffusion couple (DC) approach combined with smallscale testing methods such as nanoindentation and/or micropillar compression holds great promise. [6][7][8][9][10][11][12][13][14] By means of the DC method, a library of compositions is generated in the interdiffusion zones, and the compositional analysis along these zones is performed with a high degree of accuracy by employing techniques such as electron probe microanalysis (EPMA). The interdiffusion zones are then probed for hardness, H, by employing nanoindentation (NI), and H as a function of solute concentration, c, is obtained.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

“…The DC-NI approach pioneered by Zhao [6][7][8]13] has been used-for the determination of diffusion coefficients, to generate phase diagrams, and to obtain H-c data in certain binary and ternary alloy systems. It has, however, only been used to a limited extent to study the SSH behavior.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Evaluation of Solid-Solution Hardening in Several Binary Alloy Systems Using Diffusion Couples Combined with Nanoindentation

Kadambi

Divya

Ramamurty

2017

Metall Mater Trans A

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Analysis of solid-solution hardening (SSH) in alloys requires the synthesis of large composition libraries and the measurement of strength or hardness from these compositions. Conventional methods of synthesis and testing, however, are not efficient and high-throughput approaches have been developed in the past. In the present study, we use a high-throughput combinatorial approach to examine SSH at large concentrations in binary alloys of Fe-Ni, Fe-Co, Pt-Ni, Pt-Co, Ni-Co, Ni-Mo, and Co-Mo. The diffusion couple (DC) method is used to generate concentration (c) gradients and the nanoindentation (NI) technique to measure the hardness (H) along these gradients. The obtained H-c profiles are analyzed within the framework of the Labusch model of SSH, and the c 2=3 dependence of H predicted by the model is found to be generally applicable. The SSH behavior obtained using the combinatorial method is found to be largely consistent with that observed in the literature using conventional and DC-NI methods. This study evaluates SSH in Fe-, Ni-, Co-, and Pt-based binary alloys and confirms the applicability of the DC-NI approach for rapidly screening various solute elements for their SSH ability.

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High-throughput diffusion multiples

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Fast neutron environments.

Fast neutron environments.

Kombinatorische und Hochdurchsatz‐Techniken in der Materialforschung

Evaluation of Solid-Solution Hardening in Several Binary Alloy Systems Using Diffusion Couples Combined with Nanoindentation

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