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解耦应力和腐蚀以预测金属失效,该研究挑战了传统观点,即应力和腐蚀环境同时存在是 SCC 的要求
2021年07月26日    阅读量:69208    新闻来源:合亚嗒资讯网 heyada.com  |  投稿

亚利桑那州立大学的一个研究小组发布了关于晶间应力腐蚀开裂 (SCC) 的新见解,这是一种导致工程结构(包括桥梁、飞机和核电站)过早失效的环境原因。


今天发表在Nature Materials 上的研究,将应力和腐蚀在贵合金晶间开裂中的作用解耦,解决了晶间 SCC 是拉伸应力和腐蚀同时存在的结果的假设,并证明了应力和腐蚀可以分离,也可以独立作用。


亚利桑那州立大学材料科学与工程教授、首席研究员卡尔·谢拉兹基 (Karl Sieradzki) 说:“这一发现是对这种应力腐蚀问题进行了大约 30 年研究的结晶涂料在线coatingol.com。” “我们现在对如何设计新合金来避免这种形式的应力腐蚀引起的故障有了看法。”


解耦应力和腐蚀以预测金属失效,该研究挑战了传统观点,即应力和腐蚀环境同时存在是 SCC 的要求 合亚嗒资讯网,heyada.com


当金属暴露在含盐的水中时,金属的强度会严重受损并导致意外失效。SCC 故障的一个例子是 2003 年位于亚利桑那州图森市的 Kinder Morgan 汽油管道。


理解 SCC 条件的常规范例是同时存在足够水平的拉伸应力、腐蚀性环境和敏感材料。


该研究挑战了这一观点,并说明应力和腐蚀环境的同时存在并不是 SCC 的要求,如果先发生腐蚀,然后材料受到应力,就会发生这种情况。


除了 Sieradzki 之外,该论文的作者还包括来自亚利桑那州立大学的 Nilesh Badwe、Xiying Chen、Erin Karasz 和 Ariana Tse,以及来自太平洋西北国家实验室的 Daniel Schreiber、Matthew Olszta、Nicole Overman 和 Stephen Bruemmer。该研究得到了美国能源部的支持。


该团队检查了实验室模型银金合金的行为,该合金模拟了重要工程合金的腐蚀行为,例如核电站中使用的不锈钢和镍基合金。


这些工程合金的腐蚀,如模型银金合金,导致在腐蚀层内形成纳米尺寸的孔洞。Sieradzki 认为,决定快速 SCC 发生的关键参数是腐蚀层与未腐蚀合金之间的附着力。使用高分辨率电子显微镜和原子探针断层扫描的原子尺度技术,连同统计特征,该团队确定存在应力和腐蚀同时存在的明显要求,因为影响粘附的时间依赖性形态变化。


只要保持层间足够的附着力,从腐蚀层开始的裂纹可能会渗透到未腐蚀的合金中。这意味着可能有一个重要的机械部件会导致应力腐蚀开裂,而任何腐蚀测量都无法识别。结果是腐蚀测量可以通过 10 倍或更多的乘数来低估 SCC 的发生率。


“在核电站中,SCC 维护和工厂关闭是基于以前使用类似设计的反应堆的经验,”Sieradzki 解释说。“虽然我们没有在美国建造新的核电站,但这些发现应该会引发对新的耐腐蚀合金的研究,这些合金可用于现有工厂和其他重要结构应用中的替换零件。”


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