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金属疲劳包括在重复机械载荷下通过裂纹的增量扩展而逐渐失效。结构应用中的疲劳占在役故障的90%。疲劳预防依赖于实施大的安全系数和低效的过度设计。
科学家们第一次看到金属碎片断裂,然后自然重组,在这个过程中挑战了传统科学的原理。假设最近发现的现象可以加以利用。在这种情况下,它可能会导致一场工程革命,在这场革命中,自我修复的发动机、桥梁和飞机可以修复磨损,变得更安全、更耐用。
桑迪亚材料科学家博伊斯说:“这是令人惊叹的第一手观看。”
“我们已经证实,金属有自己内在的、自然的自我愈合能力,至少在纳米级疲劳损伤的情况下是这样。”
科学家们看到了纳米级疲劳裂纹的早期发展,正如预期的那样,这些裂纹推进、偏转并阻止了局部微观结构障碍。出乎意料的是,由于局部应力状态和晶界运动的收敛,还发现裂纹通过一种称为裂纹侧面冷焊的过程闭合。
科学家们看到消失的裂缝是这些微小但重要的裂缝之一,以纳米为单位。
年,德克萨斯农工大学的迈克尔根据计算机模拟发现,在某些条件下,金属应该能够焊接由磨损形成的裂纹。
当这一发现被发现时,现任能源部核能办公室工作的克里斯·巴尔和位于诺克斯维尔的田纳西大学副教授哈立德·哈塔尔负责桑迪亚的实验。他们打算使用一种专门的电子显微镜技术来评估裂纹是如何通过纳米级铂片产生和传播的,该技术是他们设计的,以每秒次的速度持续拉动金属的末端。
令人惊讶的是,试验开始40分钟后,损伤发生了逆转。裂缝的一端似乎沿着其路径融合在一起后,没有留下先前损坏的迹象。裂缝逐渐向不同的方向重新生长。
哈塔尔说:“这是一个前所未有的见解。”
迈克尔教授随后在计算机模型上重新创建了这一实验,提供了证据,证明观察到的现象与他几年前理论上的现象相同。
博伊斯说:“这些发现的可推广程度可能会成为广泛研究的主题。我们在真空中的纳米晶体金属中发现了这种情况。但我们不知道这种情况是否也会在空气中的传统金属中引起。”