Kuasi-hidrostatik basınç altında burulma (THP), şiddetli
plastik deformasyon (IPD) metodudur; ince bir numunenin iki vurucu (örs) arasında
preslenmesi ve vuruculardan birinin belirli bir açıda döndürülerek numunenin
burulmasına dayanır.
Bu yöntemdeki ana deformasyon, numunenin burulmasından
kaynaklanır. Koaksiyal olarak uygulanan ve genellikle birkaç GPa ulaşan basınç
ikili bir rol oynar. Bunlardan birincisi, numunenin orta kısmında, yarı
hidrostatik sıkıştırma alanı oluşturarak, numunenin tahrip edilmesini önlemesi,
ikincisi ise, vurucular ve numune arasındaki sürtünmeyi artırmasıdır. Büyük
sürtünme nedeniyle tork, hareketli vurucudan numuneye aktarılır ve numne
burulmayla deforme olur.
Günümüzde, kuasi-hidrostatik basınç altında burulma (THP),
şiddetli plastik deformasyonun fiziksel incelenmesinde kullanılır. THP oda
sıcaklığında veya daha düşük sıcaklıklarda, metaller, alaşımlar,
intermetalikler ve seramiklerde nanokristal yapılar elde etmek için kullanılır.
Deformasyondan önce numunenin tipik olarak, çapı < 20 mm ve yüksekliği <
1 mm’dir; deformasyondan sonra numune yüksekliği 0.2-0.5 mm'ye düşer. Yapının
belirgin şekilde inceltilmesi, zaten burulma deformasyonunun bir buçuk dönüşü ile
başarılır, ancak düzgün bir nanoyapı oluşturulması genellikle birkaç tur
gerektirir.
Saf metallerin THP'si, 50-100 nm'lik bir ortalama tane
(grain) boyutlu eşit eksenli bir yapının oluşumuna neden olur. Alaşımlarda
oluşan grain boyutu daha küçük olabilir. Şiddetli deformasyon mekanizması
birçok faktöre, özellikle de kristal latisin türüne ve yığma hatası enerjisine
bağlıdır.
Yüksek yığılma hata enerjili (Cu, Ni) saf FCC metallerde
(‘face-centred crystal lattice’li metaller) yapısal dönüşümler dizisi şöyle
açıklanabilir: Burulma deformasyonu n ≈ 0.1'e kadar yükseldiğinde (n, hareketli
vurucunun dönüş sayısıdır) yer değiştirmeler, alt grainlerin (hücreler)
sınırları içinde yoğunlaşır; bunlar, diğer alanlardan düşük açılı sınırlarla
ayrılmış rasgele biçimdeki hareketsiz grain alanlarıdır. Deformasyon n = 1'e
kadar arttıkça, alt grainlerin boyutları daha da küçülür ve misorientasyon
derecesi artar; buna, alt-grain (hücre) yapıdan yüksek açılı grain sınırlarını
içeren grain yapısına kademeli geçişle eşlik edilir.
Alaşımların şiddetli plastik deformasyonu, nanoyapıların
oluşması ile birlikte, aşırı doygun katı çözeltiler ve metastabil fazlar gibi
metastabil durumların oluşmasına neden olabilir.
THP ile edilen nanomalzemeler, yüksek iç gerilimler ve
kristal kafeste önemli bozulmalar gösterir. Bu tür nanomalzemelerde elastik
modüller, Curie ve Debye sıcaklıkları, doygunluk mıknatıslanması gibi bazı
temel özellikler anormaldir. IPD yöntemiyle üretilen nanomalzemeler oldukça
düşük sıcaklıklarda yüksek kuvvet, yüksek sıcaklıklarda yüksek plastiklik ve
süperplastiklik özellikleri gösterir. Son zamanlarda, THP metodu, yüksek
sıcaklık süper iletken seramiklerin elde edilmesinde kullanılmaktadır.
Kuasihidrostatik basınç altında döndürüldükten sonra, (a) 20 0С,
P = 8 GPa, n = 5 rotasyonlarda, Ni (% 99.99) yapısı (ortalama grain –tane-
büyüklüğü ~ 100 nm). (b) 915 °C P~10 MPa, ω = 1.5·10–3 rpm, a = 900
de, yüksek sıcaklık süper iletken seramik malzeme Bi2Sr2CaCu2O8
mikroyapısı (dikey sıkıştırma ekseni)
