科學家利用“疲勞失效法”將鋁合金疲勞壽命延長25倍
據外媒報導,當涉及到車輛製造的時候,鋁提供了非常理想的特點–輕質和耐腐蝕。然而,它也可能會遇到一些麻煩,像反复、交替的壓力就會讓它的弱點顯現出來。這裡不妨想像一下,如果反复彎曲回形針,最終它會出現斷裂。為此,澳大利亞科學家提出了一種解決方案–所謂的“疲勞失效”法,即通過修改鋁合金的微觀結構使其能自行修復這些弱點。
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來自莫納什大學、領導這項研究的Christopher Hutchinson教授指出:“80%的工程合金失效都是由於疲勞。疲勞是由交替應力引起的一種失效,這在製造業和工程行業中是一件大事。”
Hutchinson及其團隊所進行的這項研究是此類研究中的第一次,其重點研究了被稱為無沉澱帶(PFZs)的疲勞的潛在原因。這些薄弱環節是通過交替應力在鋁合金中形成的,一開始只是微小的塑性點,然後會在最終使材料破裂之前形成裂縫。
Hutchinson和他的工程師團隊試圖通過利用在交替應力中產生的機械能來干預這一過程的早期階段。更具體點來說,該團隊想出了一種方法來捕獲應力作用於材料時形成的新粒子,然後利用這些粒子來加強薄弱環節從而顯著推遲裂縫的出現。
這是通過一個“訓練”過程來實現的,該過程模仿了材料上的張力,需要要重複幾百次。這樣做的好處是能在薄弱區域擁有更高濃度的細顆粒從而提高材料的屈服和抗拉強度,然後在操作過程中可以實現自我癒合。
研究人員表示,用這種方法修改起始組織可以顯著提高鋁合金的疲勞壽命。另外他們還指出,高強度鋁合金的疲勞強度很低,但它們獲得的好處卻最多,其疲勞壽命可以延長25倍。
相關研究報告已發表在《Nature Communications》上。