Εξέταση συμπεριφοράς υδρογόνου σε κράμα αλουμινίου

φύση ” width=”800″ height=”497″/>

Ιδιότητες εφελκυσμού και φράκταλ κραμάτων αλουμινίου με ψευδάργυρο, μαγνήσιο και χαλκό μετά από γήρανση για 24 ώρες στους 120 °C. α) Γεωμετρικές καμπύλες τάσης-παραμόρφωσης για φορτισμένα και φορτισμένα με υδρογόνο δείγματα. β και γ) Ηλεκτρονική απεικόνιση της διακοκκώδους θραύσης κραμάτων φορτισμένων με υδρογόνο που υποβάλλονται σε θραύση εφελκυσμού. GB: όρια κόκκων. στερλίνα: οριακά κοιτάσματα σιτηρών. πίστωση: ιδιοσυγκρασία φύση

Λόγω της χαμηλής πυκνότητάς του, της υψηλής αντοχής και της αφθονίας του, το αλουμίνιο και τα κράματά του χρησιμοποιούνται ευρέως για παράδειγμα στις κατασκευές, τα ηλεκτρονικά είδη ευρείας κατανάλωσης και τα οχήματα, συμπεριλαμβανομένων των αυτοκινήτων, των πλοίων, των τρένων και των αεροσκαφών. Ωστόσο, τα κράματα αλουμινίου είναι επιρρεπή σε ευθραυστότητα υδρογόνου, η οποία προκαλεί καταστροφική αστοχία στη λειτουργία, εάν δεν γίνει αντιληπτή αρκετά νωρίς. Σε σύγκριση με τον χάλυβα, οι επιδράσεις του υδρογόνου στο αλουμίνιο δεν είναι καλά κατανοητές. Ο Δρ. Huan Zhao, μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Max Planck Institute for Eisen Fürschung (MPIE), και οι συνεργάτες του ανέλυσαν πώς το υδρογόνο προκαλεί την ευθραυστότητα των κραμάτων αλουμινίου και βρήκαν τους πρώτους τρόπους να εμποδίσουν αυτό το φαινόμενο. Οι επιστήμονες δημοσίευσαν τώρα τα τελευταία τους ευρήματά στο περιοδικό ιδιοσυγκρασία φύση.


“Επειδή το υδρογόνο είναι το μικρότερο από όλα τα στοιχεία και έχει χαμηλή διαλυτότητα στο αλουμίνιο, είναι πολύ δύσκολο να εντοπιστεί σε ατομικό επίπεδο. Εάν και πόσο υδρογόνο εισέρχεται στο αλουμίνιο; Πού βρίσκεται μέσα στη μικροδομή και πώς επηρεάζει τις ιδιότητες Όλα αυτά ήταν άλυτα ερωτήματα. Μέχρι στιγμής», εξηγεί ο Zhao. Οι ερευνητές του MPIE χρησιμοποίησαν το λεγόμενο αλουμίνιο 7xxx, μια κατηγορία αλουμινίου υψηλής αντοχής που είναι το κύριο υλικό επιλογής για δομικά εξαρτήματα αεροσκαφών. Φόρτισαν τα δείγματά τους με υδρογόνο και έκαναν δοκιμές εφελκυσμού που έδειξαν ότι η ολκιμότητα μειώνεται με την αύξηση των ποσοτήτων υδρογόνου.

Η επιφάνεια θραύσης έδειξε ότι οι ρωγμές είναι ιδιαίτερα διάσπαρτες κατά μήκος των ορίων των κόκκων. Μέσω τομογραφίας του κρυογονικού καθετήρα μεταφοράς, οι επιστήμονες αποκάλυψαν ότι το υδρογόνο συλλέγεται κατά μήκος αυτών των ορίων των κόκκων. “Τα πειράματά μας μπόρεσαν να δείξουν ότι η ποσότητα υδρογόνου στα σωματίδια μέσα στο σύμπλεγμα είναι πολύ μεγαλύτερη από ό,τι στα όρια των κόκκων. Ωστόσο, το υδρογόνο απολεπίζει το υλικό μόνο στα όρια των κόκκων. Με τη βοήθεια υπολογιστικών προσομοιώσεων, καταλήξαμε μπορεί να δει ότι το υδρογόνο έλκεται από περιοχές υψηλής ενέργειας κατά μήκος των ορίων των κόκκων προκαλώντας την αποτυχία του υλικού και ότι τα μόρια στο σύμπλεγμα λειτουργούν ως παγίδες υδρογόνου, εμποδίζοντας τη διάδοση των ρωγμών», λέει ο Δρ.

Τα διαμεταλλικά σωματίδια μπορεί να είναι η πρώτη λύση

Οι ερευνητές του MPIE μπόρεσαν να δείξουν πού βρίσκεται το υδρογόνο αφού εισήλθε κατά την επεξεργασία του υλικού ή κατά τη λειτουργία. Δεδομένου ότι αυτό δεν μπορεί πραγματικά να αποφευχθεί, είναι σημαντικό να ελέγχεται η παγίδευσή του. Συνιστούν διαφορετικές στρατηγικές για την πρόληψη ευθραυστότητα υδρογόνου, ιδίως μέσω της χρήσης διαμεταλλικών σωματιδίων που μπορούν να παγιδεύσουν υδρογόνο μέσα στο χύμα υλικό. Επιπλέον, ο έλεγχος του επιπέδου μαγνησίου στα όρια των κόκκων φαίνεται να είναι κρίσιμος. «Το μαγνήσιο σε συνδυασμό με το υδρογόνο στα όρια των κόκκων αυξάνει την ευθραυστότητα», λέει ο Zhao. «Ταυτόχρονα, πρέπει να αντιμετωπίσουμε το σωστό μέγεθος και να σπάσουμε το σωστό μέγεθος των σωματιδίων στη μάζα για να παγιδεύσουμε το υδρογόνο διατηρώντας παράλληλα την αντοχή του υλικού».

Περαιτέρω μελέτες για την «ιδανική» κατανομή σωματιδίων και την εξάλειψη της διακόσμησης μαγνησίου όρια κόκκων Αναζητείται προηγμένη σχεδίαση υψηλή αντοχήΚαι υδρογόνοΑνθεκτικό κράμα αλουμινίου.


Οι ερευνητές συνοχής ξετυλίγουν το μυστήριο των επιδράσεων του υδρογόνου στα υλικά


περισσότερες πληροφορίες:
Huan Zhao et al, Παγίδευση υδρογόνου και ευθραυστότητα σε κράματα Al υψηλής αντοχής, ιδιοσυγκρασία φύση (2022). DOI: 10.1038 / s41586-021-04343-z

Εισαγωγή του
Εταιρεία Μαξ Πλανκ

το απόσπασμα: Examination of Hydrogen Behavior in Aluminium Alloys (2022, Feb 17) Ανακτήθηκε στις 18 Φεβρουαρίου 2022 από https://phys.org/news/2022-02-hydrogen-aluminium-alloys.html

Αυτό το έγγραφο υπόκειται σε πνευματικά δικαιώματα. Ανεξάρτητα από οποιαδήποτε δίκαιη συναλλαγή για σκοπούς ιδιωτικής μελέτης ή έρευνας, κανένα μέρος δεν επιτρέπεται να αναπαραχθεί χωρίς γραπτή άδεια. Το περιεχόμενο παρέχεται μόνο για ενημερωτικούς σκοπούς.

READ  Η NASA καταγράφει μια ζωντανή εικόνα ενός πολύ ενεργού γαλαξία

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *