Forskare fokuserar på den underliggande mekanismen som får legeringar att spricka när de utsätts för väterika miljöer

19 juli 2024

Den här artikeln har granskats enligt Science X:s redaktionella process och policys. Redaktörerna har framhävt följande egenskaper samtidigt som de säkerställer innehållets trovärdighet:

• faktagranskning
• peer-reviewad publicering
• pålitlig källa
• korrekturläst

av Alyssa Schaechinger, Texas A&M University

När man bestämmer vilket material som ska användas för infrastrukturprojekt väljs ofta metaller för sin hållbarhet. Men om de placeras i en väte-rik miljö, som vatten, kan metaller bli sköra och misslyckas. Sedan mitten av 1800-talet har detta fenomen, känt som väte-förskörning, förbryllat forskare med sin oförutsägbara natur. Nu har en studie publicerad i Science Advances tagit oss ett steg närmare att förutsäga det med tillförsikt.

Arbetet leds av Dr Mengying Liu från Washington and Lee University i samarbete med forskare vid Texas A&M University. Teamet undersökte bildning av sprickor i inledningsvis felfria, sprickfria prover av en nickelbaserad legering (Inconel 725), som främst är känd för sin styrka och motståndskraft mot korrosion. Det finns för närvarande flera arbetshypoteser som försöker förklara väte-förskörning. Resultaten av denna studie visar att en av de mer kända hypoteserna - väteförstärkt lokal plasticitet (HELP) - inte är tillämplig i fallet med denna legering.

Plasticitet, eller oåterkallelig deformation, är inte enhetlig genom ett material, utan är istället lokaliserad till vissa punkter. HELP hypotesiserar att sprickorna initieras vid punkterna med den högsta lokaliserade plasticiteten.

'Så vitt jag vet är vår studie den första som faktiskt undersöker i realtid för att se var sprickor initieras - och inte vid platser med högst lokaliserad plasticitet,' sa medförfattaren Dr Michael J. Demkowicz, professor vid avdelningen för materialvetenskap och teknik vid Texas A&M University och Lius doktorandhandledare. 'Vår studie spårar både den lokaliserade plasticiteten och sprickinitieringsplatserna i realtid.'

Att spåra sprickinitiering i realtid är avgörande. När man undersöker ett prov efter att en spricka har uppstått, har väten redan flytt från materialet, vilket gör det omöjligt att förstå mekanismen som ledde till skadan.

'Väte flyr lätt från metaller, så du kan inte förstå vad det gör för att försvaga en metall genom att undersöka prov efter att de har testats. Du måste titta medan du testar,' sa Demkowicz.

Denna studie hjälper till att lägga grunden för bättre förutsägelser av väte-förskörning. I framtiden kan väte ersätta fossila bränslen som en ren energikälla. Om denna förändring sker skulle all infrastruktur som för närvarande används för att lagra och använda fossila bränslen bli mottagliga för väte-förskörning. Att förutsäga försvagningen är avgörande för att förebygga oväntade misslyckanden och möjliggöra en framtida väteekonomi.

Experimenten för denna studie, liksom den preliminära dataanalysen, utfördes vid Texas A&M, medan Liu bidrog med ytterligare dataanalys och manuskriptförberedelse vid Washington and Lee. Den här artikeln är skriven av Liu, Demkowicz och Texas A&M-doktoranden Lai Jiang.

Mer information: Mengying Liu et al, Roll av glid vid krackinitiering assisterad av väte i Ni-baserad legering 725, Science Advances (2024). DOI: 10.1126/sciadv.ado2118

Tidskriftsinformation: Science Advances

Tillhandahållet av Texas A&M University