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晶体边界可以增强，或减少，氢脆化

时间：2021-10-15 13:24:59 来源：

该扫描电子显微照片显示了由于氢脆由于氢气而破裂的金属样品。彩色贴片显示通过电子反向散射衍射获取的数据，揭示选定裂缝周围的晶粒结构。这些图像有助于显示微观结构和氢脆之间的相关性，并且用于鉴定导致氢辅助骨折的特征。

来自MIT细节的新出版了一定的晶体边界如何增强或减少导致金属脆化的破坏性效应。

当金属管线在海洋表面下方千英尺处的油井时，金属更好地坚固且可靠。不幸的是，这种深井的环境往往富含氢气，一种可以穿透高科技合金的气体，使它们变脆，使骨折和泄漏更有可能。

现在，麻省理工学院的研究人员已经完全竖起了金属结构的特征倾向于在氢气存在下培养这种脆化。更重要的是，它们还确定了处理的简单变化可以以极大地降低损坏机会的方式改变结构，延长这种管的安全操作寿命。

他们的调查结果本周在本质上发布，在Journal Nature Communications，由MIC教师Michael Demkowicz和SilvijaGradečak，Postdoc Matteo Seita和博士生John Hanson作出的文件中。

“我们希望工程到金属的可靠性，”MIT材料科学与工程副教授Demkowicz说。该研究得到了BP的支持，墨西哥湾的良好良好负责2010深水地平线漏油。（金属失效并不暗示在该特定泄漏中。）

抵制失败

Demkowicz说他和他的团队探索的问题是：您如何制造在恶劣环境中具有固有的失败的材料？

在非常深的井中，环境通常是高度酸性的。“这意味着环境中有很多氢气，”德克西茨说 - 已知迅速增加用于深井衬里的镍高温合金的脆性的条件。

“人们已经实现了100年的100年，因为在暴露于氢气时金属脆弱，”德克西茨说。“事实上，大多数狗我们今天的材料问题是我们已经知道的很长一段时间：腐蚀，疲劳，许多不同的失败。但我们仍然非常糟糕预测它们。“

在关键部件的情况下，如油井套管和反应堆冷却剂管线，通常意味着基于对失败的最坏情况分析，通常更换金属部件作为预防措施。更好的预测或更具抗性材料，可以允许组件保持更长时间，从而节省大量节省。麻省理工学院研究人员表示，他们的作品可能允许少频繁地更换镍超合金广泛用于油钻孔。

研究微观结构

“我们研究的新颖性是我们用于研究材料的微观结构的策略，以及造成脆化的微观结构的作用是什么，”塞塔，其中的两个引导作者之一。通过这种分析，他和他的共同作者发现谷物边界 - 近在微观晶体之间的边界 - 是裂缝倾向于在金属中开始的地方。但他们发现，这些边界的某些安排使得微小的裂缝能够变得更大。

研究人员发现，谷物边界的类型和其物理安排在确定多么易受脆弱的金属可能是脆化和失败的情况下起着重要作用。Seita说，通过在类似于这些情况下面临的条件下的材料测试来实现调查结果。

汉森说，以前的调查研究了谷物边界的作用，但只在其材料的整体分布方面。“我们不得不看待史诗般的谷物边界，”他说，“专注于近在咫尺的裂缝和单一的谷物边界。”

Seita说，一般思维一直是某些特殊的谷物边界对骨折无恙。“人们认为介绍更多这些将永远导致更大的阻力，”他解释道，“但故事比这更复杂。”

研究人员发现，一种特定类型的边界，称为相干双边界（CTB），在骨折中起着双重作用。CTB不太可能通过金属传播预先存在的裂缝，但它们也是负责首先形成初期裂缝的主要特征。

这是“有趣的工作”，美国国家物理实验室的高级研究员艾伦Turnbull说，他没有参与这项研究。他说，该团队表明，在形成裂缝，CTBS“鼓励启动，但抗抵抗传播。”

该工作得到了BP-MIT材料和腐蚀中心，国家科学基金会和美国能源部的支持。

出版物：相干双界在氢脆化中的双重作用，“自然通信6，物品编号：6164; DOI：10.1038 / ncomms7164

图像：John Hanson和Matteo Seita


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