Utmattningsgenererade sprickor smälter samman igen i metaller – Physics World

Forskare från Sandia National Laboratories (SNL) och Texas A&M University i USA har observerat sprickor i en metall som blivit kortare. Det oväntade fyndet – sprickor blir normalt längre – upphäver teorier om brott i metaller och kan hjälpa till vid utformningen av material som "läker" sina egna inre skador.

När metaller upprepade gånger utsätts för påkänningar och påkänningar börjar mikroskopiska sprickor bildas. Dessa sprickor är en typ av utmattningsskada, och med tiden växer de och sprider sig tills de så småningom får strukturen att misslyckas – ofta oförutsägbart.

Sådan tillväxt hade antagits vara irreversibel, men forskare ledde av SNL materialvetare och ingenjör Brad Boyce upptäckte att detta inte nödvändigtvis är sant. I sin studie använde de ett speciellt modifierat elektronmikroskop som gjorde det möjligt för dem att sila prover i nanoskala av platina upprepade gånger samtidigt som de observerade vad som händer inuti dem. Som väntat såg de utmattningssprickor i nanoskala uppträda tidigt i experimentet. Men oväntat såg de också ändarna av sprickor smälta samman igen ungefär 40 minuter senare.

"Sprickor förväntades bara bli större, inte mindre," säger Boyce. "Till och med några av de grundläggande ekvationerna vi använder för att beskriva spricktillväxt utesluter möjligheten till sådana läkningsprocesser."

Sprickflank kallsvetsning

SNL-teamet letade inte målmedvetet efter denna effekt när experimentet började, men efter att ha observerat det identifierade medlemmarna att skadan återfördes, eller "självläkning", som en form av kallsvetsning som inträffar vid sprickans flanker. Denna effekt induceras av en kombination av lokal stress och korngränsmigrering, och Michael Demkowicz, professor i materialvetenskap och teknik vid Texas A&M, förutspådde 2013 att det var möjligt.

Att avslöja de små defekterna som gör att material misslyckas

"När materialets mikrostruktur förändras kan det trycka ihop de motsatta krafterna från en spricka", förklarar Demkowicz. "Om dessa ansikten är rena kan de binda och "läka" via kallsvetsning."

Medan forskare har tillverkat självläkande material tidigare, har dessa huvudsakligen gjorts av plast, inte metall. Demkowicz räknade dock ut att under vissa förhållanden borde metaller kunna svetsa ihop sprickor som skapats av utmattningsskador. "Det visade sig vara svårt att komma på ett experiment som kunde testa min förutsägelse, men SNL-forskarna, som faktiskt arbetade med att förstå den allmänna skadeutvecklingen, slutade utan tvekan med att observera processen som jag hade teoretiserat."

På kort sikt, berättar Demkowicz Fysikvärlden att teamets fynd kommer att bidra till att förbättra teorier om sprickor i metaller. På längre sikt kan de leda till nya strategier för att designa metaller som motstår skador.

För denna studie, som beskrivs i detalj i Natur, gjorde forskarna sina mätningar i vakuum, så det är oklart om sprickläkningen även kan ske i luft. Forskarna vill nu ta reda på om detta är möjligt.

• SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrka dig själv. Tillgång här.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
• Platoesg. Fordon / elbilar, Kol, CleanTech, Energi, Miljö, Sol, Avfallshantering. Tillgång här.
• PlatoHealth. Biotech och kliniska prövningar Intelligence. Tillgång här.
• ChartPrime. Höj ditt handelsspel med ChartPrime. Tillgång här.
• BlockOffsets. Modernisera miljökompensation ägande. Tillgång här.
• Källa: https://physicsworld.com/a/fatigue-generated-cracks-fuse-back-together-in-metals/