23/06/2001

Новый метод обнаружения трещин в металлах

Метод обнаружения мелких трещин, встречающихся в металлических конструкциях, таких, как трубы или железнодорожные рельсы, изучается в Лаборатории Кавендиша Кембриджского университета. Сотрудник лаборатории Влад Столоян (Vlad Stolojan) надеется узнать, каким образом можно контролировать процесс образования трещин. Для анализа происходящего «растрескивания» на атомном уровне он использует технику, известную под названием «спектроскопия потери энергии электронов» (Electron Energy Loss Spectrocopy – EELS). Металл начинает трескаться тогда, когда испытывает нагрузку.

При определенных условиях, таких как дополнительное давление или коррозийная окружающая среда, крохотная трещина может значительно увеличиться в размерах и постепенно разрушить металл. Этот факт приобретает серьезное значение при эксплуатации труб ядерных реакторов, рельсовых путей, металлических конструкций зданий и мостов. Любой металл состоит из микроскопических кристаллов – так называемых зерен.

Зерна металла соприкасаются друг с другом, вот к этим «границам зерна» и притягиваются все присутствующие в металле примеси. Атомы примесей взаимодействуют с атомами металла и могут либо усиливать, либо ослаблять связи между ними. В целом по мере старения металла накопление на границах зерен разбавляющих примесей приводит к ослаблению, которое имеет уже катастрофический характер. Чтобы постичь суть процессов, происходящих на границах зерен, можно использовать различные микроскопические способы исследования. Фундаментальные исследования на атомном уровне, в том числе касающиеся устойчивости металла и источников изменений в нем, проводятся при помощи EELS.

При исследовании спектроскопическим методом потерь энергии электронов пучок электронов проходит через границу зерен. Определенное количество энергии этого пучка тратится на прохождение через атомы, при этом устанавливается присутствие примесей и возможное их воздействие на связи в металле. Последние усовершенствования методики EELS в лаборатории Кавендиша предоставили возможность доктору Столояну и его сотрудникам извлечь еще больше информации. До недавнего времени ученые наблюдали за фосфорными и углеродными примесями в железе. «Вначале мы экспериментально обнаружили, что углерод различными способами соединяется с фосфором. Но есть надежда, что мы продвинемся дальше и обнаружим фундаментальные принципы атомных взаимодействий», – говорит Столоян. Понимание этих принципов поможет инженерам воспользоваться данной информацией для того, чтобы улучшить конструкцию хвостовиков и других изделий из металла. Результаты разработок будут также полезны производителям металлов и сплавов. Для производства металлопродукта определенного типа необходимо сознательно добавлять в металл примеси, придавая ему соответствующие твердость и сопротивляемость коррозии.

Версия для распечатки