Badacze skupiają się na mechanizmie, który powoduje pękanie stopów pod wpływem środowisk bogatych w wodór.

19 lipca 2024

Ten artykuł został sprawdzony zgodnie z procesem redakcyjnym i zasadami Science X. Redaktorzy podkreślili następujące cechy, jednocześnie zapewniając wiarygodność treści:

• zweryfikowane faktograficznie
• publikacja przeglądana przez rówieśników
• zaufane źródło
• skorygowane

autorstwa Alyssy Schaechinger, Texas A&M University

Przy podejmowaniu decyzji odnośnie do materiałów do używania w projektach infrastrukturalnych, często wybierane są metale ze względu na ich trwałość. Jednakże, jeśli umieści się je w środowisku bogatym w wodór, takim jak woda, metale mogą stać się kruche i ulec zniszczeniu. Od połowy XIX wieku ten zjawiskiem, znane jako upłynnienie wodoru, zaskakuje naukowców swoją nieprzewidywalną naturą. Teraz, badanie opublikowane w Science Advances zbliża nas krok bliżej do pewnego przewidywania tego zjawiska.

Pracę przeprowadził dr Mengying Liu z Uniwersytetu Washington and Lee we współpracy z badaczami z Texas A&M University. Zespół zbadał tworzenie się pęknięć w początkowo nieskazowych próbkach stopu niklowego (Inconel 725), znanego przede wszystkim z wytrzymałości i odporności na korozję. Obecnie istnieje kilka hipotez próbujących wyjaśnić upłynnienie wodoru. Wyniki tego badania pokazują, że jedna z bardziej znanych hipotez - upłynnienie wodoru z lokalnym zwiększeniem plastyczności (HELP) - nie jest zastosowalna w przypadku tego stopu.

Plastyczność, czyli odwracalna deformacja, nie jest jednolita w całym materiale, ale jest skoncentrowana w określonych punktach. Hipoteza HELP zakłada, że pęknięcia zaczynają się w miejscach o najwyższej lokalnej plastyczności.

"O ile mi wiadomo, nasze badanie jest pierwszym, które w czasie rzeczywistym sprawdza, gdzie dokładnie powstają pęknięcia - a nie zachodzi to w miejscach o najwyższej lokalnej plastyczności" - powiedział współautor dr Michael J. Demkowicz, profesor na Wydziale Nauki i Technologii Materiałów na Uniwersytecie Texas A&M i opiekun doktoranta Lui. "Nasze badanie śledzi zarówno plastyczność lokalną jak i lokalizacje inicjacji pęknięć w czasie rzeczywistym."

Śledzenie inicjacji pęknięć w czasie rzeczywistym jest kluczowe. Przy badaniu próbki po pojawieniu się pęknięcia, wodór już uciekł z materiału, co uniemożliwia zrozumienie mechanizmu, który doprowadził do uszkodzenia.

"Wodór łatwo ucieka z metali, więc nie można zrozumieć, w jaki sposób prowadzi do upłynnienia metalu, badając próbki po ich przetestowaniu. Trzeba obserwować to podczas testowania" - powiedział Demkowicz.

To badanie pomaga stworzyć podstawę do lepszego przewidywania upłynnienia wodoru. W przyszłości wodór może zastąpić paliwa kopalniane jako czyste źródło energii. Jeśli taka zmiana nastąpi, cała infrastruktura obecnie używana do przechowywania i użytkowania paliw kopalnianych stać się narażona na upłynnienie wodoru. Przewidywanie upłynnienia jest kluczowe dla zapobiegania niespodziewanym awariom, umożliwiając w ten sposób przyszłą gospodarkę wodorową.

Doświadczenia przeprowadzono w ramach tego badania, a także wstępna analiza danych, zostały przeprowadzone w Texas A&M, a Liu dokonał dalszej analizy danych i przygotowania manuskryptu w Washington and Lee. Artykuł ten jest współautorstwa Lui, Demkowicza i doktoranta z Texas A&M, Lai Jianga.

Więcej informacji: Mengying Liu et al, Role of slip in hydrogen-assisted crack initiation in Ni-based alloy 725, Science Advances (2024). DOI: 10.1126/sciadv.ado2118

Informacje o czasopiśmie: Science Advances

Dostarczone przez University of Texas A&M