內(nèi)容簡(jiǎn)介

  經(jīng)過數(shù)十年冶金技術(shù)的發(fā)展，結(jié)構(gòu)性金屬合金得到了不斷改進(jìn)，以抵抗變形、開裂和失效。裂紋偏轉(zhuǎn)、分支和橋接等增韌機(jī)制是廣泛采用的用于耗散機(jī)械能的策略。然而，針對(duì)合金損傷修復(fù)方面的工作，則要少得多。近期的研究，主要針對(duì)聚合物和復(fù)合材料，提出了設(shè)計(jì)自修復(fù)材料的策略。雖然大多數(shù)金屬自修復(fù)方法都是利用外在熱源和潛在的可激活成分來修復(fù)損傷，但有趣的是，固有的微觀結(jié)構(gòu)特征也可以修復(fù)損傷，而無需加熱至環(huán)境溫度以上。自修復(fù)有可能對(duì)金屬的許多結(jié)構(gòu)應(yīng)用產(chǎn)生影響，特別是循環(huán)載荷下的疲勞失效。在結(jié)構(gòu)應(yīng)用中，疲勞占在役失效的 90%。

   針對(duì)金屬材料的疲勞損傷修復(fù)問題，美國(guó)Sandia國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的Brad L. Boyce等研究人員，采用Bruker PI95 高精度原位納米力學(xué)測(cè)量系統(tǒng)，在透射電子顯微鏡（TEM）中進(jìn)行拉伸高循環(huán)疲勞實(shí)驗(yàn)。作者觀察到了納米晶Pt疲勞裂紋的自修復(fù)，發(fā)現(xiàn)固有的微觀結(jié)構(gòu)特征不僅能阻止疲勞裂紋，還能使裂紋修復(fù)。在修復(fù)過程中，裂紋在三晶交點(diǎn)（TJ）附近停止，隨后通過明顯的冷焊過程修復(fù)，接著沿不同的裂紋路徑生長(zhǎng)。修復(fù)發(fā)生時(shí)，遠(yuǎn)場(chǎng)循環(huán)應(yīng)力仍為拉伸應(yīng)力，因此沒有施加壓縮來促進(jìn)焊接過程。數(shù)值模擬結(jié)果表明，不均勻的局部應(yīng)力和晶界的逐漸遷移促進(jìn)了這種修復(fù)行為。純金屬在納米尺度上自愈的特性對(duì)疲勞響應(yīng)的解釋和抗疲勞材料的設(shè)計(jì)具有重要意義。

  相關(guān)成果Autonomous healing of fatigue cracks via cold welding于2023年7月發(fā)表于Nature 上。