合金中微观裂纹的第一张 3D 图像
- 研究人员首次开发出一种技术，可以捕捉因氢或水暴露而导致的镍基合金微观裂纹的 3D 图像。
- 它将帮助工程师开发具有更长材料寿命的微观结构，从而节省维修和更换成本。
金属合金中的微裂纹无法用肉眼看到，但当暴露在氢气或水中时，它们可以扩展到其他区域，导致核电站、电化学、储氢技术以及桥梁和高层建筑等结构出现严重问题。
通常，合金的氢脆 (HE) 表现为意外断裂和延展性损失，导致材料失效范围不断扩大。由于 HE 的强度随着金属强度的增加而增加，高级合金（如镍基合金）更容易受到 HE 的影响。要预测和预防HE，需要详细了解其物理起源。
最近，麻省理工学院和 LLNL（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）的研究人员开发了一种技术，可以捕捉由氢脆引起的合金微观裂纹的三维图像。这些图像可用于检测微观结构的不同晶界或取向，从而使裂缝转向并防止氢或水辅助损伤。
他们是怎么做到的？
新技术——3D微观结构映射——依赖于基于同步加速器的X射线衍射和层析成像方法来分析氢/水引起的镍合金裂纹。
如果要精确分析金属裂纹的传播方式，则需要在三个维度上模拟问题。此外，您需要有足够的关于裂纹形态及其与微观结构关系的数据。
为了进行无损评估，作者将高强度 X 射线束照射在破裂的镍合金上。他们放置了一个摄像头来捕捉所有透射和衍射的光束。然后他们测试了数十万个微观结构的方向并检查了数百万个点。
参考：Nature Communications | doi:10.1038/s41467-018-05549-y | LLNL
图片来源：Dharmesh Patel / 德州农工大学
通过将数据与物理模型对齐，他们将衍射点转化为三维微观结构图片。此 3D 图像显示了哪些类型的边界晶粒可以使裂纹偏转，结果表明 BLIPS（低指数平原边界）具有抗损坏性。
它有什么用？
该技术可以为旨在阻止镍合金裂纹进一步扩展的金属加工技术带来进步。这将增强材料并延长其组件和结构的使用寿命。
更具体地说，它可以提高对 HE 合金机械响应的预测。加工合金时可以去除有害的晶界，为断裂增加障碍并阻止其生长。
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此外，从 3D 图像中获得的数据将帮助工程师开发具有延长材料寿命的有效微观结构，从而节省维修/更换成本。为延长使用寿命，微结构应使用大量BLIPS进行处理，以更好地偏转或钝化裂纹。
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