При выборе материала для инфраструктурных проектов металлы часто выбирают из-за их прочности. Однако, если их поместить в среду, богатую водородом, например, в воду, металлы могут стать хрупкими и выйти из строя. С середины XIX века это явление, известное как водородная хрупкость, озадачивало исследователей своей непредсказуемой природой. Теперь исследование, опубликованное в Science Advances, приближает нас на шаг к его достоверному прогнозированию.
Работу возглавляет доктор Мэнъин Лю из Университета Вашингтона и Ли в сотрудничестве с исследователями Техасского университета A&M. Группа исследовала образование трещин в изначально безупречных, не имеющих трещин образцах сплава на основе никеля (Inconel 725), который в первую очередь известен своей прочностью и коррозионной стойкостью. В настоящее время существует несколько рабочих гипотез, которые пытаются объяснить водородную хрупкость . Результаты этого исследования показывают, что одна из наиболее известных гипотез — водородная улучшенная локализованная пластичность (HELP) — неприменима в случае этого сплава.
Пластичность, или необратимая деформация, не является однородной по всему материалу, а вместо этого локализована в определенных точках. HELP предполагает, что трещины возникают в точках с самой высокой локализованной пластичностью.
«Насколько мне известно, наше исследование — первое, которое на самом деле в режиме реального времени смотрит, где зарождаются трещины, а не в местах наивысшей локализованной пластичности», — сказал соавтор доктор Майкл Дж. Демкович, профессор кафедры материаловедения и инженерии Техасского университета A&M и научный руководитель Лю. «Наше исследование отслеживает как локализованную пластичность, так и места зарождения трещин в режиме реального времени».
Отслеживание возникновения трещины в реальном времени имеет решающее значение. При исследовании образца после появления трещины водород уже вышел из материала, что делает невозможным понимание механизма, приведшего к повреждению.
«Водород легко улетучивается из металлов, поэтому вы не сможете понять, как он охрупчивает металл, исследуя образцы после их испытания. Вам нужно смотреть во время испытания», — сказал Демкович.
Это исследование помогает заложить основу для более точных прогнозов водородной хрупкости. В будущем водород может заменить ископаемое топливо в качестве чистого источника энергии. Если это изменение произойдет, вся инфраструктура, которая в настоящее время используется для хранения и использования ископаемого топлива, станет восприимчивой к водородной хрупкости. Прогнозирование хрупкости имеет решающее значение для предотвращения неожиданных сбоев, делая возможной будущую водородную экономику.
Эксперименты для этого исследования, а также предварительный анализ данных были проведены в Техасском университете A&M, а Лю обеспечил дальнейший анализ данных и подготовку рукописи в Вашингтоне и Ли. Соавторами этой статьи являются Лю, Демкович и докторант Техасского университета A&M Лай Цзян.
