腐蚀可以提高材料的耐用性

当谈到结构合金的完整性时，一点点腐蚀有时可能是件好事。

康奈尔大学的研究人员使用先进的原子模型来探索环境如何影响铝和钢等合金中裂纹的生长——这些知识可以帮助工程师更好地预测并可能推迟结构的失效。通过从裂纹尖端去除原子，模型表明研究人员可以防止裂纹扩展，从根本上提高材料的机械性能。

该团队的论文“韧性裂纹尖端的溶解度”于 10 月 1 日发表在《物理评论快报》上。第一作者是顾文佳，博士。'20。

“人们一直在造型很长一段时间抗裂纹扩展和断裂，而是发生它没有真正明确，至少在复杂环境中结构合金的实际过程中，”德里克·华纳，民事和副教授说，环境工程和该论文的资深作者。“这可能是一种非常大规模的现象——大结构可能会破裂——但它可以在原子尺度上进行控制，尤其是当你观察环境影响时。”

环境有许多不同的机制，通过这些机制对材料产生不利影响，其中包括溶解、氧化物形成、材料再沉积和氢脆。康奈尔骨折组的 Warner 和他的团队选择专注于溶解，从腐蚀的金属表面到腐蚀的人体骨骼，到处都可以找到溶解。

该团队创建了一系列结构合金的原子 2D 模型，类似于铝和钢，具有延展性——即足够柔韧，不会像玻璃那样在变形时破碎。

通过运行大量模拟，在一系列加载周期内对材料施加压力，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去除松散结合的原子，一次一个，并监测裂纹的行为。

他们发现去除表面材料可以抑制裂纹的生长。

“裂缝增长的倾向取决于它的锋利程度，”华纳说。“如果你有一个大的圆形缺口，它不太可能像裂缝一样传播。但如果你有一些尖锐的特征，比如用刀切开的切口，它更有可能增长。所以通过这种方式，材料去除，类似于腐蚀过程中发生的事情实际上可以提高机械性能。”

华纳指出，人类生物学中这种破坏即改进的结果是必然的。破骨细胞是一种骨细胞，通过溶解骨组织来促进骨骼生长和抵抗骨折。

这种方法可以有很多实际应用，只要顺其自然。

“在某些情况下，你会有一个工程结构，一种结构合金，你可以说，让它腐蚀一点实际上可能是有益的，因为它可以钝化已经存在的裂缝，”华纳说。

这项研究对资助该研究的海军研究办公室及其在极端海洋环境中使昂贵的飞机保持安全工作状态的努力特别感兴趣。

“当一架飞机降落在航母上时，这与每次降落时你所说的坠机着陆的概率相差不到 30%。你在这些狭小的空间内操作。然后你让这件事坐在航母的甲板上阳光，被盐水和腐蚀所鞭打，”华纳说。“你知道如果你把自行车放在外面会发生什么，对吧？通过更好的建模，他们可以更好地评估飞行是否安全，以及我们需要多久进行一次维护以查找问题。”