Revolutionaire 3D Imaging Onthult Verborgen Krukken In Nikkel-gebaseerde Alliages

• Voor het eerst ontwikkelen onderzoekers een techniek om 3D-beelden vast te leggen van microscopische krukken in nikkel-basis alliages veroorzaakt door waterstof- of waterexpositie.
• Het zal ingenieurs helpen microstructuren te ontwikkelen met verlengde materiaallevensduur, wat kosten bespaart op reparaties en vervangingen.

Microbreuken in metaalalliages zijn niet zichtbaar met het blote oog, maar ze kunnen zich naar andere regio's uitstrekken bij blootstelling aan waterstof of water, wat leidt tot ernstige problemen in kerncentrales, electrochemische systemen, waterstofopslagtechnologieën en structuren zoals bruggen en hoge gebouwen.

Meestal wordt waterstofverbrokkeling (HE) van alliages aangeduid door onverwachte breuken en verlies van duktiliteit die een steeds wijder spectrum van materiaalfalen veroorzaken. Aangezien de intensiteit van HE toeneemt met de metaalsterkte, zijn geavanceerde alliages (zoals nikkel-basis alliage) vatbaarder voor HE. Om HE te voorspellen en te voorkomen, moet men gedetailleerde kennis hebben van de fysieke oorsprong.

Onlangs hebben onderzoekers van MIT en LLNL (Lawrence Livermore National Laboratory) een techniek ontwikkeld om driedimensionale beelden vast te leggen van microscopische krukken in alliages veroorzaakt door waterstofverbrokkeling. Deze beelden kunnen gebruikt worden om verschillende korngrenzen of oriëntaties van microscopische structuren te detecteren die breuken kunnen afleiden en waterstof- of water-ondersteunde schade kunnen voorkomen.

Hoe Deden Ze Het?

De nieuwe techniek – 3D-microstructuurkartering – steunt op synchrotron-gebaseerde X-stralendiffractie en tomografiemethoden voor het analyseren van nikkel-alliage krukken veroorzaakt door waterstof/water.

Als u precies wilt analyseren hoe metaalkrukken voortplanten, moet u het probleem in drie dimensies simuleren. Ook heeft u voldoende data nodig over de morfologie van de kruk en de relatie tot de microstructuur.

Om een niet-destructieve evaluatie uit te voeren, schenen auteurs hoge-intensiteit X-stralenbundels op gekrakte nikkel-alliages. Ze plaatsten een camera om alle getransmitteerde en gediffracteerde bundels vast te leggen. Vervolgens testen ze honderdduizenden oriëntaties van microscopische structuren en examineerden miljoenen punten.

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

Afbeelding credit: Dharmesh Patel / Texas A&M University

Door data uit te lijnen met fysieke modellen, transformeren ze de diffractiepunten in een driedimensionaal microstructuurplaatje. Deze 3D-afbeelding laat zien welke typen korngrenzen krukken kunnen afleiden, en resultaten suggereren dat BLIPS (grenzen met lage indexvlakken) weerstand bieden tegen schade.

Hoe Is Het Nuttig?

De technologie kan vooruitgang brengen in metaalverwerkingstechnieken gericht op het stoppen van verdere voortplanting van krukken in nikkel-alliages. Dit zou materialen versterken en hun levensduur verhogen voor componenten en structuren.

Specifieker, het kan voorspellingen verbeteren van mechanische reacties van HE-alliages. Schadelijke korngrenzen kunnen uitgewerkt worden tijdens het ontwerpen van alliages om hindernissen voor breuken toe te voegen en ze te stoppen van groeien.

Lees ook: AI Kan Defecten In Kernreactoren Identificeren En Analyseren

Daarnaast zal data verkregen uit 3D-beelden ingenieurs helpen effectieve microstructuren te ontwikkelen met verlengde materiaallevensduur, wat kosten bespaart op reparaties/vervangingen. Om de levensduur te verhogen, moet de microstructuur worden verwerkt met grote hoeveelheden BLIPS, die krukken op een betere manier zouden afleiden of verbramen.