金属治愈自己的内在能力,新的研究发现

在一个实验设计分析金属执行重复的压力下,桑迪亚国家实验室的研究人员看到了一些意想不到的——一块金属,裂缝开始融合本身,无需任何外部干预。

如果可以利用这种从未见过的现象,它可能是工程的重大突破,研究人员说。团队描述了他们的研究结果在今天发表的一篇新论文自然。

一个意想不到的发现

材料时反复受到压力,比如桥与交通拥挤驾驶或一架飞机的机翼弯曲苍蝇——它可以开始开发疲劳损伤。这些微观疲劳裂纹形成的重复加载和de-loading能在材料生长和扩散,直到达到一个灾难性的失败。

“从焊点在我们对车辆的引擎的电子设备的桥梁,我们开车,这些结构往往失败不可预知的由于交变载荷,导致裂纹萌生和最终断裂,“说桑迪亚材料科学家布拉德·博伊斯。“当他们失败的时候,我们不得不面对替代成本,失去的时间,在某些情况下,甚至伤害或生命损失。这些失败的经济影响以每年数千亿美元美国。”

因此,了解疲劳裂纹形成和传播是工程师和材料科学家的一个重要的研究领域。

这正是博伊斯和他的团队,包括哈立德Hattar,现在田纳西大学的副教授,和克里斯巴尔,现就职于美国能源部核能源办公室正在研究在桑迪亚当他们注意到一些意想不到的。

Hattar和巴尔看着一个纳米级的金属铂通过一个专门的电子显微镜,被设置为一个平台,将金属样品的每秒200次。

他们跟踪疲劳裂纹的生长通过金属样品,大约在40分钟的马克,他们看到一条裂缝的一端开始融合自愈。实验的最后,这个分支裂纹完全封闭起来,前者被不留痕迹地受伤。随着时间的推移,通过金属裂纹的胸腺在不同的方向,离开愈合面积不变。

“这绝对是令人震惊的看着第一手说博伊斯。“我们已经证实的是,金属有自己的内在,自然愈合能力,至少在疲劳损伤的情况下在纳米尺度上。”

自愈的观察证实了十年之久的理论

这是第一次,这样的行为已经目睹了金属。但这并不是一个全新的概念。

早在2013年,迈克尔Demkowicz,麻省理工学院的助理教授材料科学与工程系,现在完整的德州农工大学教授,进行虚拟实验检查传统材料理论。在一篇论文发表的那一年,他提出了自己的理论。Demkowicz计算机模拟的基础上,认为在一定条件下金属应该能够自主冷焊疲劳裂纹在一起。

意识到这一理论,与Demkowicz桑迪亚的研究人员分享他们的新发现。

“我很高兴听到它,当然,“Demkowicz说。他已经重新创建桑迪亚团队的发现使用他的电脑模型,证实这种现象是一样的,他以前的理论是可能的。

将来我们有自愈的桥梁?

几种类型的自愈塑料以前开发的意图,这些可以用来制造颜料和其他涂料,可以很容易地密封住小划痕。进一步发展,材料工程师们说自愈塑料有一天被用来制造自我修复海豹和垫圈用于工业管道。

但是自我修复金属呢?

直到现在,金属疗愈自己的想法几乎是不可想象的——除非,当然,你的名字是迈克尔Demkowicz。

“金属只有裂缝将变大,不是小。即使我们使用的一些基本方程来描述裂纹扩展排除这样的治疗过程的可能性,”博伊斯说。

有了这个新发现,研究人员可以开始检查这行为和解开到底对这些条件,促进自主冷焊接。

“这些发现的程度可归纳的可能会成为广泛研究的主题,”博伊斯说。“我们展示了这种情况发生在纳米晶体金属真空。但是我们不知道这也可以诱导在传统金属在空气中。”

“我希望,这一发现将鼓励材料研究人员认为,在适当的情况下,材料可以做一些我们从来没有预期,“Demkowicz说。

参考:巴尔厘米,Duong T, Bufford直流等。通过冷压焊自动愈合的疲劳裂纹。自然。2023年。doi:10.1038 / s41586 - 023 - 06223 - 0

这篇文章是一个返工的新闻稿桑迪亚国家实验室出具。材料已经编辑的长度和内容。