合金の微視的亀裂の最初の3D画像

• 研究者は初めて、水素または水への暴露によって引き起こされたニッケル基合金の微細な亀裂の3D画像をキャプチャする技術を開発しました。
• エンジニアが材料寿命を延ばした微細構造を開発するのに役立ち、修理や交換のコストを節約できます。

金属合金の微小破壊は肉眼では見ることができませんが、水素や水にさらされると他の領域に広がる可能性があり、原子力発電所、電気化学、水素貯蔵技術、橋や高層ビルなどの構造物に深刻な問題を引き起こします。

通常、合金の水素脆化（HE）は、予期しない破壊と延性の喪失によって示され、材料の故障の範囲が拡大し続けます。 HEの強度は金属強度とともに増加するため、高度な合金（ニッケル基合金など）はHEの影響を受けやすくなります。 HEを予測して予防するには、その物理的起源に関する詳細な知識が必要です。

最近、MITとLLNL（ローレンス・リバモア国立研究所）の研究者は、水素脆化によって引き起こされた合金の微細な亀裂の3次元画像をキャプチャする技術を開発しました。これらの画像を使用して、割れ目を迂回させ、水素または水による損傷を防ぐことができる微細構造のさまざまな粒界または配向を検出できます。

彼らはどのようにそれをしましたか？

新しい技術である3D微細構造マッピングは、水素/水によって引き起こされるニッケル合金の亀裂を分析するために、シンクロトロンベースのX線回折および断層撮影法に依存しています。

金属亀裂がどのように伝播するかを正確に分析したい場合は、問題を3次元でシミュレートする必要があります。また、亀裂の形態と微細構造との関係について十分なデータが必要です。

非破壊評価を実施するために、著者は亀裂のあるニッケル合金に高強度のX線ビームを照射しました。彼らは、すべての透過ビームと回折ビームをキャプチャするためにカメラを配置しました。次に、彼らは顕微鏡構造の数十万の方向をテストし、数百万のスポットを調べました。

参照：Nature Communications | doi：10.1038 / s41467-018-05549-y | LLNL

画像クレジット：Dharmesh Patel / Texas A＆M University

データを物理モデルと位置合わせすることにより、彼らは回折点を3次元の微細構造画像に変換しました。この3D画像は、どのタイプの境界粒子が亀裂を偏向させる可能性があるかを示しており、結果は、BLIPS（低屈折率の平野を持つ境界）が損傷に耐性があることを示唆しています。

どのように役立ちますか？

この技術は、ニッケル合金の亀裂のさらなる伝播を阻止することを目的とした金属加工技術に進歩をもたらすことができます。これにより、材料が強化され、コンポーネントと構造の寿命が延びます。

より具体的には、HE合金の機械的応答の予測を改善する可能性があります。合金を設計しながら、有害な粒界を処理して、破壊のハードルを追加し、それらの成長を阻止することができます。

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さらに、3D画像から取得したデータは、エンジニアが材料寿命を延ばした効果的な微細構造を開発するのに役立ち、修理/交換のコストを節約します。寿命を延ばすには、微細構造を大量のBLIPSで処理する必要があります。これにより、亀裂がより適切に偏向または鈍化されます。