Революционная 3D-визуализация раскрывает скрытые трещины в никелевых сплавах

• Впервые исследователи разработали технику захвата 3D-изображений микроскопических трещин в никелевых сплавах, вызванных воздействием водорода или воды.
• Это поможет инженерам разрабатывать микроструктуры с увеличенным сроком службы материала, экономя на ремонте и замене.

Микроразрушения в металлических сплавах невидимы невооруженным глазом, но они могут распространяться в другие области при воздействии водорода или воды, приводя к серьезным проблемам на атомных станциях, в электрохимии, водородных технологиях хранения и сооружениях, таких как мосты и небоскребы.

Обычно водородная хрупкость (HE) сплавов обозначается неожиданными разрушениями и потерей пластичности, вызывающими постоянно расширяющийся спектр материаловых отказов. Поскольку интенсивность HE возрастает с прочностью металла, передовые сплавы (как никелевые) более восприимчивы к HE. Для предсказания и предотвращения HE необходимо иметь детальное знание ее физических истоков.

Недавно исследователи из MIT и LLNL (Лаборатория имени Лоуренса Ливермора) разработали технику для получения трехмерных изображений микроскопических трещин в сплавах, вызванных водородной хрупкостью. Эти изображения могут использоваться для обнаружения различных гранулярных границ или ориентаций микроскопических структур, которые могут отвлекать трещины и предотвращать повреждения, вызванные водородом или водой.

Как они это сделали?

Новая техника — 3D-картирование микроструктуры — опирается на методы рентгеновской дифракции и томографии на основе синхротрона для анализа трещин в никелевых сплавах, вызванных водородом/водой.

Если вы хотите точно проанализировать, как распространяются трещины в металле, вам нужно смоделировать проблему в трех измерениях. Также вам нужны достаточные данные о морфологии трещины и ее отношении к микроструктуре.

Для проведения неразрушающей оценки авторы посветили высокоинтенсивные рентгеновские пучки на треснувшие никелевые сплавы. Они поместили камеру для захвата всех прошедших и дифрактированных пучков. Затем они протестировали сотни тысяч ориентаций микроскопической структуры и изучили миллионы точек.

Источник: Nature Communications | doi:10.1038/s41467-018-05549-y | LLNL

Источник изображения: Dharmesh Patel / Техасский университет A&M

Выравнивая данные с физическими моделями, они превратили дифракционные точки в трехмерную картину микроструктуры. Это 3D-изображение показывает, какие типы гранулярных границ могли бы отклонять трещины, и результаты указывают на то, что BLIPS (границы с низкими индексами плоскостей) устойчивы к повреждениям.

Как это полезно?

Технология может привести к достижениям в методах обработки металлов, направленных на остановку дальнейшего распространения трещин в никелевых сплавах. Это укрепит материалы и увеличит их срок службы для компонентов и структур.

Более конкретно, это может улучшить предсказания механических ответов сплавов с HE. Вредные гранулярные границы можно исключить при проектировании сплавов, чтобы добавить препятствия для трещин и остановить их рост.

Читайте также: ИИ может идентифицировать и анализировать дефекты в ядерных реакторах

Кроме того, данные, полученные из 3D-изображений, помогут инженерам разработать эффективные микроструктуры с увеличенным сроком службы материала, экономя на ремонте/замене. Для увеличения срока службы микроструктура должна обрабатываться с большим количеством BLIPS, которые лучше отвлекают или затупляют трещины.