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20岁康奈尔博士:腐蚀不总是坏事,它可以提高材料耐久性

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对于结构合金的完整性,有时,一点点腐蚀未必是件坏事。

康奈尔大学的研究人员使用先进的原子模型,探索环境影响诸如铝和钢等合金的裂缝增长的方式,这些知识可以帮助工程师更好地预测并延长结构的有效性。此外,通过从裂缝顶端移除原子,建模显示研究人员可以防止裂缝扩展,从本质上改善材料的机械性能。

该团队的论文“Dissolution at a Ductile Crack Tip”于10月1日发表在《物理评论快报》上。主要作者是20岁的顾文佳博士(音译)。

人们对裂纹的生长和断裂进行建模已经有很长一段时间了,但是对它发生的实际发生过程还不是十分清楚,至少对于复杂环境下的结构合金来说是这样的。

环境会对材料产生很多不利影响,包括溶解、氧化物形成、材料再沉降和氫脆化。康奈尔大学的研究团队选择关注溶解过程,因为从被腐蚀的金属表面到被侵蚀的人体骨骼,溶解现象随处可见。

该小组创建了一系列类似于铝和钢的结构合金的原子二维模型,该模型具有延展性,在变形时不会像玻璃那样破碎。

通过大量的模拟,用一系列的负载对材料施压,研究人员能够看到原子相互作用的不同方式。然后,研究人员开始从表面移除松散结合的原子,并监测裂缝的行为。他们发现,去除表面材料可以抑制裂纹的生长。

裂缝的生长倾向取决于它的锋利程度。如果裂缝有一些尖锐的特征,比如用刀切开过,它更有可能变大。因此,腐蚀这一部分裂缝实际上可以改善机械性能。

在人类生物学中,破骨细胞是一种骨细胞,它会溶解骨组织,作为促进骨骼生长和预防骨折的一种方式。研究人员说:“在某些情况下,腐蚀实际上是有益的,因为它可以使已经存在的裂缝变钝。”

前瞻经济学人APP资讯组

参考资料:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.127.146001

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