Pašdziedinošie metāli

Kad absolvents Guoqiang Xu un materiālu zinātnes un inženierzinātņu docents Mihaels Demkovičs, SM '04, PhD '05, pirmo reizi ieraudzīja rezultātu, viņi domāja, ka tā ir kļūda. Noteiktos apstākļos viņi atklāja, ka saplaisājuša metāla gabala nospriegošana, tas ir, iedarbojoties ar spēku, kas varētu to izjaukt, radīja pretēju efektu, izraisot plaisas aizvēršanos un tā malu saplūšanu. Atklājums, pēc viņu domām, var novest pie pašatveseļošanās materiāliem, kas novērš sākotnējos bojājumus, pirms tiem ir iespēja izplatīties.

Simulācija parāda nelielu plaisu (tumša horizontāla josla), kas salabojas, kad metāls tiek pakļauts spriedzei.

Viņiem bija jāatgriežas un jāpārbauda, ​​saka Demkovičs, kad tā vietā, lai paplašinātu, [plaisa] aizvērās. Nākamais jautājums bija: 'Kāpēc tas notiek?'

Izrādījās, ka atbilde slēpjas metāla kristāliskajā mikrostruktūrā — šajā gadījumā niķelī, kas ir pamats supersakausējumiem, ko izmanto ekstremālos apstākļos, piemēram, dziļūdens naftas urbumos. Izveidojot niķeļa mikrostruktūras datormodeli un pētot tā reakciju uz dažādiem apstākļiem, Demkovičs saka, mēs atklājām, ka pastāv mehānisms, kas principā var aizvērt plaisas pie jebkura pielietota sprieguma.

Metāli parasti sastāv no sīkiem kristāla graudiņiem — reģioniem, kur atomi ir sakārtoti precīzi sakārtotā veidā. Robežās starp šiem graudiem šī raksta orientācija var krasi mainīties. Noteiktos apstākļos Demkovičs un Sju atklāja, ka stress izraisa mikrostruktūras izmaiņas, liekot graudu robežām migrēt, viņi saka. Faktiski viens grauds aug, bet blakus esošais sarūk. Šī graudu robežu migrācija ir atslēga plaisas dziedēšanai, saka Demkovičs.

Viņš skaidro, ka pašizdziedināšanās notiek tikai metālos, kas satur noteikta veida robežu — tādu, kas stiepjas daļēji cauri graudam, bet ne līdz galam. Tas rada sava veida defektu, kas pazīstams kā disklinācija.

Šiem defektiem ir intensīvi sprieguma lauki, kas var būt tik spēcīgi, ka tie faktiski maina to, ko darītu pielietotā slodze, saka Demkovičs. Tātad, kad saplaisājusi materiāla abas malas tiek atdalītas, tā vietā, lai plaisāt tālāk, tas var dziedēt. Viņš saka, ka dislināciju radītais stress izraisa šo negaidīto uzvedību.

Pēc šī mehānisma atklāšanas pētnieki plāno izpētīt, kā izveidot metālu sakausējumus, lai plaisas aizvērtos un dziedētu pie slodzēm, kas raksturīgas īpašiem lietojumiem. Demkovičs saka, ka sakausējumu mikrostruktūras kontroles metodes jau pastāv, tāpēc atliek tikai izdomāt, kā sasniegt vēlamo rezultātu.

Tas ir lauks, ko mēs tikai atveram, viņš saka. Kā jūs veidojat mikrostruktūru pašdziedināšanai? Tas ir ļoti jauns.

paslēpties