据中国国防科技信息网报道,美国麻省理工学院的研究人员最初认为这一定是错误:在某些条件下,对一块破裂的金属施加拉力——也就是说,施加一个预期是将金属拉断的力——却产生了相反的结果,导致裂纹闭合,边缘融合在一起。
研究生Guoqiang Xu和材料科学与工程教授Michael Demkowicz研究了此现象。
“当裂纹不是扩展而是闭合的时候,我们不得不回去检查一下,”Demkowicz说,“首先,我们发现事实上什么都没错。下一个问题是:‘为什么会这样?’”
答案在于,金属晶体微结构中晶界与裂缝如何相互作用——在本例子中为镍,它是用在极端环境如深海油井中的“超合金”的基础。
通过创建一个微结构的计算模型,研究其对各种条件的响应,“我们发现有一种机制原则上可以在任何外加应力情况下闭合裂缝,”Demkowicz说。
发现了这个机制,研究人员计划研究如何设计金属合金,使裂纹在载荷作用下可以闭合和修复。控制合金微结构的技术已经存在,Demkowicz说,所以现在最重要的是搞清楚如何达到一个预期的结果。
“这是一个我们刚刚开发的领域,”他说,“你怎么设计一个微观组织来自我修复?这是非常新的。”
这项技术可能也适用于影响金属的其他类型的失效机制,如塑性流动不稳定性——类似于拉伸一块太妃糖,直到它断裂。工程金属的微观结构产生旋转位移可以减缓这种类型失效的发展,Demkowicz说。
这些失效是“很多材料的寿命限制”,Demkowicz说,包括用于飞机、油井和其他重要工业应用的材料。金属疲劳,例如——产生的原因是纳米裂纹随时间的积累——“可能是结构金属最常见的失效模式”,他说。
“如果你能找出如何防止这些纳米裂纹,或一旦形成立即修复,或阻止它们的扩展,”Demkowicz说,“这将可以用来提高组件的寿命或安全。” (责任编辑:朱亮) |
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