美研究“自我修復”金屬 可提高飛機壽命

【中鎢在線新聞網-鎢新聞】

據中國國防科技信息網報道，美國麻省理工學院的研究人員最初認為這一定是錯誤：在某些條件下，對一塊破裂的金屬施加拉力——也就是說，施加一個預期是將金屬拉斷的力——卻產生了相反的結果，導致裂紋閉合，邊緣融合在一起。

　　研究生Guoqiang Xu和材料科學與工程教授Michael Demkowicz研究了此現象。

　　“當裂紋不是擴展而是閉合的時候，我們不得不回去檢查一下，”Demkowicz說，“首先，我們發現事實上什么都沒錯。下一個問題是：‘為什么會這樣?’”

　　答案在于，金屬晶體微結構中晶界與裂縫如何相互作用——在本例子中為鎳，它是用在極端環境如深海油井中的“超合金”的基礎。

　　通過創建一個微結構的計算模型，研究其對各種條件的響應，“我們發現有一種機制原則上可以在任何外加應力情況下閉合裂縫，”Demkowicz說。

　　發現了這個機制，研究人員計劃研究如何設計金屬合金，使裂紋在載荷作用下可以閉合和修復。控制合金微結構的技術已經存在，Demkowicz說，所以現在最重要的是搞清楚如何達到一個預期的結果。

　　“這是一個我們剛剛開發的領域，”他說，“你怎么設計一個微觀組織來自我修復?這是非常新的。”

　　這項技術可能也適用于影響金屬的其他類型的失效機制，如塑性流動不穩定性——類似于拉伸一塊太妃糖，直到它斷裂。工程金屬的微觀結構產生旋轉位移可以減緩這種類型失效的發展，Demkowicz說。

　　這些失效是“很多材料的壽命限制”，Demkowicz說，包括用于飛機、油井和其他重要工業應用的材料。金屬疲勞，例如——產生的原因是納米裂紋隨時間的積累——“可能是結構金屬最常見的失效模式”，他說。

　　“如果你能找出如何防止這些納米裂紋，或一旦形成立即修復，或阻止它們的擴展，”Demkowicz說，“這將可以用來提高組件的壽命或安全。”