합금의 미세한 균열에 대한 최초의 3D 이미지

• 최초로 연구원들은 수소 또는 물 노출로 인한 니켈계 합금의 미세한 균열의 3D 이미지를 캡처하는 기술을 개발했습니다.
• 엔지니어가 재료 수명이 연장된 미세 구조를 개발하여 수리 및 교체 비용을 절감하는 데 도움이 됩니다.

금속 합금의 미세 골절은 육안으로 볼 수 없지만 수소 또는 물에 노출되면 다른 영역으로 확장될 수 있어 원자력 발전소, 전기 화학, 수소 저장 기술 및 교량 및 고층 건물과 같은 구조물에 심각한 문제를 일으킬 수 있습니다.

일반적으로 합금의 수소 취성(HE)은 예기치 않은 파손 및 연성 손실로 표시되며 이로 인해 재료 파손의 스펙트럼이 계속 넓어집니다. HE의 강도는 금속 강도에 따라 증가하기 때문에 고급 합금(예:니켈 기반 합금)은 HE에 더 취약합니다. HE를 예측하고 예방하려면 그 물리적 기원에 대한 자세한 지식이 필요합니다.

최근 MIT와 LLNL(로렌스 리버모어 국립 연구소)의 연구원들은 수소 취성으로 인한 합금의 미세한 균열의 3차원 이미지를 캡처하는 기술을 개발했습니다. 이러한 이미지는 균열을 전환하고 수소 또는 물에 의한 손상을 방지할 수 있는 미세 구조의 다양한 입자 경계 또는 방향을 감지하는 데 사용할 수 있습니다.

그들은 어떻게 했습니까?

새로운 기술인 3D 미세 구조 매핑은 수소/물로 인해 발생하는 니켈 합금 균열을 분석하기 위해 싱크로트론 기반 X선 회절 및 단층 촬영 방법에 의존합니다.

금속 균열이 어떻게 전파되는지 정확하게 분석하려면 문제를 3차원으로 시뮬레이션해야 합니다. 또한 균열의 형태와 미세구조와의 관계에 대한 충분한 데이터가 필요합니다.

비파괴 평가를 수행하기 위해 저자들은 균열된 니켈 합금에 고강도 X선 빔을 조사했습니다. 그들은 모든 투과 및 회절 광선을 포착하기 위해 카메라를 배치했습니다. 그런 다음 그들은 수십만 개의 미세한 구조의 방향을 테스트하고 수백만 개의 반점을 조사했습니다.

참조:네이처 커뮤니케이션즈 | doi:10.1038/s41467-018-05549-y | LLNL

이미지 제공:Dharmesh Patel / Texas A&M University

데이터를 물리적 모델과 정렬하여 회절점을 3차원 미세 구조 그림으로 변환했습니다. 이 3D 이미지는 어떤 유형의 경계 입자가 균열을 편향시킬 수 있는지 보여주며 결과는 BLIPS(낮은 굴절률 평야가 있는 경계)가 손상에 강함을 시사합니다.

유용한 방법은 무엇입니까?

이 기술은 니켈 합금의 균열이 더 이상 전파되는 것을 방지하기 위한 금속 가공 기술의 발전을 가져올 수 있습니다. 이렇게 하면 재료가 강화되고 구성 요소와 구조의 수명이 늘어납니다.

보다 구체적으로, HE 합금의 기계적 응답 예측을 향상시킬 수 있습니다. 합금을 엔지니어링하는 동안 유해한 결정립계를 처리하여 골절에 대한 장애물을 추가하고 균열의 성장을 막을 수 있습니다.

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또한 3D 이미지에서 얻은 데이터는 엔지니어가 재료 수명이 연장된 효과적인 미세 구조를 개발하는 데 도움이 되어 수리/교체 비용을 절감할 수 있습니다. 수명을 늘리려면 미세 구조를 많은 양의 BLIPS로 처리해야 합니다. 그러면 균열을 더 잘 휘게 하거나 무디게 할 수 있습니다.