Хорошо известное свойство - усталость металла, т.е. частое сгибание в одном и том же месте металла, которое приводит к постепенному ослаблению материала и в конечном итоге его разрушению, может привести к серьезному повреждению металлических компонентов, подверженных повторным механическим воздействиям. Но теперь исследователи из Массачусетского технологического института, Университета Карнеги-Меллона, Транспортного Университета Сианя обнаружили, что при определенных условиях повторяющееся небольшое растяжение наноразмерных металлических деталей в действительности может укрепить материал, устранив дефекты в кристаллической структуре.

 О новом открытии сообщается на этой неделе в Proceedings of the National Academy of Sciences. Авторы назвали новый процесс "циклическим восстановлением" (“cyclic healing”).

 "В то время как усталость металла была изучена на крупных образцах материалов, на атомном масштабе она изучена не была," - говорит Дао, главный научный сотрудник Отдела Массачусетского технологического института материаловедения и инженерии. Чтобы заполнить этот пробел команда решила изучить усталость металла с помощью трансмиссионного электронного микроскопа и наблюдать изменения атомного масштаба в дефектах.

 

Новый процесс "циклического" восстановления, который укрепляет наноразмерные структуры путем устранения дефектов.

Video: Melanie Gonick/MIT

 Команда в первую очередь изучала, что происходит в небольших монокристаллических образцах алюминия. Целью их изучения было уменьшение или устранение дефектов микроструктуры - таких, как дефекты в кристаллической решетке, известные как "дислокации" - через повторные циклические деформации с небольшой амплитудой, а не на основе термического отжига.

 При небольшом и неоднократном "встряхивании" дислокаций исследователи смогли получить материал почти без них; следовательно, прочность материала значительно увеличилась. Это явление противоречит здравому смыслу, поскольку противоположно тому, что наблюдается в гораздо больших по объему металлических кристаллах, где повторное растяжение часто увеличивает плотность дефектов и трещин.

 Этот процесс может помочь в производстве прочных частей для нанотехнологических приложений, таких как механические наносенсоры, наноэлектромеханических системы и нанороботы.

 "Эта работа показывает, как циклическая деформация, при определенных контролируемых условиях, может привести к удалению дефектов из кристаллов небольшого объема," – сказали исследователи. "Эти механизмы циклического деформирования могут очень отличаться от тех, которые видны в больших объемах материалов. Эта работа также предлагает новые возможности для устранения дефектов кристаллов без необходимости термической обработки или изменения формы."

 Юлия Грир, профессор материаловедения, механики и медицинской техники в Калифорнийском технологическом институте, которая не была соавтором этой работы, сказала, что явление удаления дефектов с помощью деформации уже было известно и до этого. "Ничего нового в том, что авторы показали, что путем воздействия циклический деформации, которая пластически не изменяет форму, исключаются недостатки металла. Таким образом, в конце концов, вы получаете металл, который не содержит практически никаких дефектов и из-за этого он гораздо более прочный".

 Источник: http://news.mit.edu/2015/repeated-stretching-eliminates-nanoscale-metal-defects-1021

 

Энергетика и промышленность России - информационный портал           Научный журнал “Видеонаука          Наука и технологии России − STRF.ru

Другие партнёры сайта