Проблема хрупкости металлов преодолена

07.12.2012

Ученые из Университета Макгилла и Федеральной политехнической школы Лозанны в Швейцарии изучили хрупкость металлов и выяснили, как на это важнейшее свойство металлов влияет водород.

Водород, как самый легкий элемент, легко растворяется и мигрирует внутри металлов, делая их более хрупкими и склонными к поломкам. Это явление было открыто в 1875 году, и с тех пор водородное охрупчивание (переход материала от вязкого состояния к хрупкому) является постоянной проблемой для проектирования конструкций в различных отраслях промышленности: от ручных инструментов до самолетов и ядерных реакторов. Несмотря на десятилетия исследований ученые все еще не до конца понимают физику, лежащую в основе водородного охрупчивания. Из-за этого трудно создать достоверную модель, предсказывающую поведение конструкции в тех или иных условиях или спустя много лет. В результате промышленные дизайнеры вынуждены прибегать к дорогостоящему и опасному методу проб и ошибок.

Группа ученых впервые смогла тщательно изучить поведение водорода в металле на наноуровне. Благодаря этому удалось создать новую модель, впервые способную точно предсказать появление "водородной" хрупкости. Новая модель уже успешно применена для прогнозирования поведения ферритной стали и полностью согласуется с результатами экспериментов с реальными образцами. Таким образом, металлурги получили ценный инструмент для разработки следующего поколения прочных и долговечных конструкционных материалов.

В нормальных условиях металлы могут претерпевать существенные пластические деформации при воздействии силы. Эта пластичность связана с присутствием нано- и микротрещин, которые создают места движения атомов (дислокации) и снимают напряжение в металле.

Дислокации можно рассматривать как "транспортные средства", а нано- и микротрещины - как "транспортные узлы" пластической деформации. Таким образом полезные свойства, такие как пластичность и вязкость, основаны на работе этих структурных особенностей металлов. К сожалению, эти нано- и микротрещины также привлекают атомы водорода, которые создают своего рода "пробки" и блокируют движение атомов. В конечном итоге это приводит к разрушению материала - металл не гнется, а ломается.

<< Назад: Искусственная радуга для солнечных батарей 07.12.2012

>> Вперед: Золотые детекторы взрывчатки 06.12.2012

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Новый взляд на магнитное поле Земли 31.10.2025

Магнитное поле Земли долгое время считалось относительно стабильной структурой с предсказуемой полярностью. Однако последние исследования японских ученых показывают, что электрическая организация магнитосферы гораздо сложнее и динамичнее, чем предполагалось ранее. Команда исследователей из Киотского, Нагояского и Кюсюского университетов обнаружила, что заряженные области магнитосферы обладают противоположной полярностью по сравнению с традиционными представлениями. Так, утренняя сторона магнитного щита имеет отрицательный заряд, тогда как вечерняя - положительный, вопреки прежним теориям. Юсуке Эбихара из Киотского университета отмечает, что "электрическая сила и распределение зарядов являются следствием, а не причиной движения плазмы". Исследователи пришли к этим выводам с помощью масштабного магнитогидродинамического моделирования, имитирующего взаимодействие солнечного ветра с геомагнитным полем Земли. Моделирование позволило в деталях проследить, как потоки плазмы формируют э ...>>

Влияние белка PF4 на старение крови 31.10.2025

С возрастом наш организм претерпевает множество изменений, в том числе на уровне крови и иммунной системы. Недавние исследования показали, что ключевым фактором этих изменений может быть белок PF4, или platelet factor 4, который играет важную роль в регуляции стволовых клеток костного мозга. Американские ученые из Университета Иллинойса в Чикаго обнаружили, что с возрастом уровень PF4 значительно снижается. Это ослабление контроля над кроветворными стволовыми клетками приводит к нарушению их работы и повышает вероятность развития воспалительных процессов, онкологических заболеваний крови и сердечно-сосудистых проблем. В молодом организме PF4 выполняет функцию "регулятора роста": он контролирует распределение и деление кроветворных стволовых клеток, не позволяя им чрезмерно размножаться. С возрастом эта система контроля ослабевает, клетки начинают делиться чаще, накапливают генетические мутации и постепенно теряют способность создавать полноценные лимфоциты, что ослабляет иммуните ...>>

Музыка юности остается с нами навсегда 30.10.2025

Музыка сопровождает человека всю жизнь, но некоторые мелодии и песни оставляют особенно глубокий след в памяти. Ученые давно замечали, что композиции из подросткового возраста вызывают сильные эмоции даже спустя десятилетия, и недавно международная команда исследователей под руководством Университета Ювяскюля (Финляндия) подтвердила этот эффект научно. В исследовании приняли участие около 2000 человек из 84 стран. Ученые выявили явление, которое они назвали "пиком воспоминаний": эмоциональная привязка к музыке достигает максимума примерно в 17 лет. Именно песни этого периода чаще всего остаются значимыми и вызывают яркие эмоции долгие годы спустя. Интересно, что у мужчин и женщин наблюдаются разные временные рамки этого пика. У мужчин он приходится примерно на 16 лет, тогда как у женщин - на 19. Исследователи объясняют это различие особенностями формирования музыкальной идентичности: юноши чаще ищут самостоятельность и бунт, а девушки связывают музыку с личными отношениями и пере ...>>

Сплав Cr-Mo-Si с уникальными свойствами 30.10.2025

Разработка материалов, способных работать в экстремальных условиях, остается одной из ключевых задач современной инженерии. Особенно это важно для авиации и энергетики, где повышение термостойкости компонентов напрямую влияет на эффективность и надежность оборудования. Международная группа исследователей объявила о создании нового металлического сплава, обладающего уникальным сочетанием свойств: высокой термостойкостью, устойчивостью к коррозии и сохранением пластичности даже при комнатной температуре. Новый сплав содержит хром, молибден и всего 3 атомных процента кремния. Именно кремний способствует формированию плотного слоя оксида хрома на поверхности металла, который действует как невидимый барьер против кислорода и азота при высоких температурах. В отличие от предыдущих сплавов, этот защитный слой формируется без хрупких силицидов, которые обычно снижали пластичность и делали материалы склонными к трещинам. По словам профессора Мартина Гайльмайера из Института технологий Кар ...>>

Открыт лед, замерзающий при комнатной температуре 29.10.2025

Изучение воды продолжает приносить удивительные открытия: несмотря на то, что эта жидкость кажется хорошо известной, она способна проявлять необычные свойства в экстремальных условиях. Международная команда ученых недавно обнаружила новый вид льда, который формируется при комнатной температуре, если вода подвергается сильному давлению. Это открытие не только расширяет наши знания о воде, но и помогает лучше понять процессы в недрах планет и их спутников. Исследователи из Корейского института стандартов и науки совместно с европейскими коллегами, работающими на рентгеновском лазере на свободных электронах (XFEL) в Германии, провели серию экспериментов с водой в динамической ячейке с алмазными наковальнями. Давление изменялось от 0,001 гигапаскаля до 120 гигапаскалей в секунду - в миллионы раз выше атмосферного, при этом температура поддерживалась около 25 °C, близкой к комнатной. В течение сотен циклов ученые наблюдали, как вода многократно замерзает и тает, фиксируя каждый этап с ис ...>>

Случайная новость из Архива Компьютер размером в 1 кубический мм 07.04.2015 Кафедра вычислительной техники Мичиганского университета объявила о готовности к производству самого маленького в мире компьютера - Michigan Micro Mote (M^3), размером всего один кубический миллиметр. В настоящее время разработчики ведут переговоры с компаниями, проявляющими интерес к устройству. Несмотря на свой размер, M^3 способен делать снимки, измерять температуру и давление и записывать эти данные в свою память. Программирование компьютера осуществляется посредством световых импульсов, которые может передавать расположенная рядом с чипом лампа. M^3 состоит из нескольких слоев. Каждый последующий верхний слой меньше предыдущего, поэтому компьютер выглядит как лестница. Нижний слой - это фотоэлемент, преобразующий свет в электрический ток для зарядки батареи. Затем идет слой батареи, далее - слой с микропроцессором и памятью, затем - слой радиомодуля. Сверху дополнительно может быть помещена линза с фотоматрицей в виде цилиндра (она есть на втором изображении). Компьютер M^3 полностью автономный. Он способен собирать и записывать данные, извлекая энергию из света. По словам разработчиков, создать миниатюрный компьютер они смогли после выхода процессора Phoenix размером 915 x 915 мкм, потребляющего 500 пВт (5*10-10 Вт, примерно столько же энергии потребляют 500 человеческих клеток). Получив процессор, инженеры разработали фотоэлемент размером один квадратный миллиметр, с выходной мощностью 2 нВт (2*10-9 Вт). Этого оказалось достаточно для зарядки встроенной батареи и для автономной работы системы в условиях обычного освещения, если батарея разряжена. Разработчики полагают, что Michigan Micro Mote может найти применение в медицине. Компьютер можно использовать для обследований, измерения внутричерепного и внутриглазного давления при травмах и различных заболеваниях. Использование M^3 позволило бы сделать эти процедуры менее болезненными и более безопасными с точки зрения случайного занесения инфекции. Другая область применения компьютера - промышленность и инфраструктура. Инженеры считают, что устройство можно использовать для исследований месторождений полезных ископаемых или для мониторинга состояния дорог, помещая компьютеры в дорожное полотно. Встроенный беспроводной модуль позволяет компьютеру передавать информацию на расстоянии до семи метров. Сейчас инженеры работают над тем, чтобы увеличить радиус действия модуля до 20 метров, а также над способностью компьютеров передавать информацию через друг друга по цепочке. О компьютере M^3, демонстрация процесса программирования На разработку Michigan Micro Mote ушло более 10 лет. В проекте приняли участие как сотрудники кафедры, так и студенты. В их планах есть создание компьютера с еще меньшими размерами.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025