รอยแตกที่เกิดจากความเมื่อยล้าจะหลอมรวมกลับเป็นโลหะ - Physics World

รอยแตกที่เกิดจากความเมื่อยล้าจะหลอมรวมกลับเป็นโลหะ - Physics World

Time Stamp: 21 สิงหาคม 2023 8:00

ภาพถ่ายของ Ryan Schoell กำลังดูหน้าจอคอมพิวเตอร์ในห้องทดลองมืดที่อาบไปด้วยแสงเลเซอร์สีแดง
การศึกษารอยแตกเมื่อยล้าในระดับนาโน: Ryan Schoell นักวิจัยจาก Sandia National Laboratories ใช้เทคนิคกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนชนิดส่องผ่านแบบพิเศษที่พัฒนาโดย Khalid Hattar, Dan Bufford และ Chris Barr เพื่อศึกษารอยแตกเมื่อยล้าในระดับนาโน (เอื้อเฟื้อโดย: Craig Fritz, ห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Sandia)

นักวิจัยจาก Sandia National Laboratories (SNL) และ Texas A&M University ในสหรัฐอเมริกา สังเกตเห็นรอยแตกในโลหะที่สั้นลง การค้นพบที่ไม่คาดคิด ซึ่งโดยปกติแล้วรอยแตกจะยาวขึ้น ทำให้ทฤษฎีการแตกหักในโลหะพลิกกลับ และสามารถช่วยในการออกแบบวัสดุที่ "รักษา" ความเสียหายภายในของตัวมันเองได้

เมื่อโลหะได้รับความเค้นและความเครียดซ้ำๆ รอยแตกขนาดจิ๋วจะเริ่มก่อตัวขึ้น รอยแตกเหล่านี้เป็นประเภทของความเสียหายจากความเมื่อยล้า และเมื่อเวลาผ่านไป รอยแตกจะเติบโตและแพร่กระจายจนกระทั่งทำให้โครงสร้างพังในที่สุด ซึ่งมักจะคาดเดาไม่ได้

การเติบโตดังกล่าวถูกสันนิษฐานว่าไม่สามารถย้อนกลับได้ แต่นักวิจัยนำโดย ถ่ายทอดสด นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรวัสดุ แบรด บอยซ์ พบว่าสิ่งนี้ไม่จำเป็นต้องเป็นความจริง ในการศึกษาของพวกเขา พวกเขาใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบดัดแปลงพิเศษที่ช่วยให้พวกเขาสามารถกรองตัวอย่างแพลทินัมระดับนาโนซ้ำๆ ขณะสังเกตสิ่งที่เกิดขึ้นภายในตัวพวกมัน ตามที่คาดไว้ พวกเขาเห็นรอยแตกเมื่อยล้าระดับนาโนปรากฏขึ้นในช่วงต้นของการทดลอง อย่างไรก็ตาม โดยไม่คาดคิด พวกเขายังเห็นปลายของรอยแตกหลอมรวมกลับเข้าด้วยกันประมาณ 40 นาทีต่อมา

“รอยแตกมักถูกคาดหวังให้มีขนาดใหญ่ขึ้น ไม่ใช่เล็กลง” บอยซ์กล่าว “แม้แต่สมการพื้นฐานบางสมการที่เราใช้เพื่ออธิบายการเติบโตของรอยแตกร้าวก็ยังขัดขวางความเป็นไปได้ของกระบวนการเยียวยาดังกล่าว”

การเชื่อมเย็นด้านข้างร้าว

ทีมงาน SNL ไม่ได้ตั้งใจมองหาผลกระทบนี้เมื่อการทดลองเริ่มต้นขึ้น แต่หลังจากสังเกตแล้ว สมาชิกระบุกระบวนการฟื้นฟูความเสียหายหรือ "การรักษาตัวเอง" เป็นรูปแบบหนึ่งของการเชื่อมด้วยความเย็นที่เกิดขึ้นที่ด้านข้างของรอยแตกร้าว ผลกระทบนี้เกิดจากการรวมกันของความเครียดในท้องถิ่นและการโยกย้ายขอบเขตของเมล็ดข้าว และ มิคาเอล เดมโควิชศาสตราจารย์ด้านวัสดุศาสตร์และวิศวกรรมศาสตร์ที่ Texas A&Mคาดการณ์ไว้ในปี 2013 ว่าเป็นไปได้

“เมื่อโครงสร้างจุลภาคของวัสดุเปลี่ยนแปลงไป มันสามารถผลักแรงต้านของรอยแตกร้าวเข้าหากัน” Demkowicz อธิบาย “ถ้าใบหน้าเหล่านั้นสะอาด พวกมันก็สามารถเชื่อมและ 'รักษา' ด้วยการเชื่อมเย็นได้”

แม้ว่านักวิจัยเคยประดิษฐ์วัสดุที่สามารถรักษาตัวเองได้มาก่อน แต่วัสดุเหล่านี้ส่วนใหญ่ทำจากพลาสติก ไม่ใช่โลหะ อย่างไรก็ตาม Demkowicz คำนวณว่าภายใต้เงื่อนไขบางประการ โลหะควรจะสามารถเชื่อมรอยแตกร้าวที่เกิดจากความเสียหายจากความล้าได้ “มันพิสูจน์ได้ยากที่จะมีการทดลองที่สามารถทดสอบการคาดการณ์ของฉันได้ แต่นักวิจัย SNL ซึ่งจริงๆ แล้วกำลังทำงานเพื่อทำความเข้าใจวิวัฒนาการความเสียหายทั่วไป กลับจบลงด้วยการสังเกตกระบวนการที่ฉันตั้งทฤษฎีไว้โดยบังเอิญ”

ในระยะเวลาอันใกล้นี้ Demkowicz กล่าว โลกฟิสิกส์ การค้นพบของทีมจะช่วยปรับปรุงทฤษฎีการแตกหักในโลหะ ในระยะยาวอาจนำไปสู่กลยุทธ์ใหม่ในการออกแบบโลหะที่ต้านทานความเสียหาย

สำหรับการศึกษาครั้งนี้ซึ่งมีรายละเอียดอยู่ใน ธรรมชาตินักวิจัยทำการวัดในสุญญากาศ ดังนั้นจึงไม่มีความชัดเจนว่าการหายของรอยแตกสามารถเกิดขึ้นได้ในอากาศหรือไม่ ขณะนี้นักวิจัยต้องการทราบว่าสิ่งนี้เป็นไปได้หรือไม่

ประทับเวลา:

เพิ่มเติมจาก โลกฟิสิกส์