Nature：颓丧裂纹经由历程热焊的自坐愈开 – 质料牛

发布时间：2025-10-24 13:14:07 来源： 作者：听风说话

一、颓丧【导读】

        金属裂纹是裂纹历程料牛正在金属质料操做历程中隐现的一种裂纹，它是经由金属质料受到外部实力熏染感动或者颓丧破损等成份导致的部份誉伤。金属质料同样艰深皆具备确定的热焊延展性战韧性，但正在受到过小大的坐愈外部实力或者经暂退役后，金属质料便随意隐现裂纹。开质

        颓丧裂纹是颓丧金属质料正在多少回减载战卸载的循环载荷下产去世的裂纹，主假如由于金属质料的裂纹历程料牛微不美奇策动战晶界的颓丧誉伤导致的。颓丧裂纹的经由产决战激战扩大同样艰深需供履历一个很少的历程，当颓丧裂纹扩大到确定水仄居重大，热焊即可能激发金属质料的坐愈掉踪效。部份应力与晶界迁移是开质金属质料中裂纹的迁移历程中的尾要成份。当金属质料受到外部应力熏染感动时，颓丧应力会散开正在裂纹尖端，裂纹历程料牛导致裂纹的经由扩大。而晶界迁移是斧正在晶体挨算中，由于簿本的散漫行动而导致晶体的重新摆列，从而使质料产去世变形战裂纹的迁移。

        总的去讲，金属裂纹战颓丧裂纹皆是金属质料中常睹的一种誉伤模式，它们的产决战激战扩大与金属质料的力教功能、质料的微不美奇策动战中界情景等成份有闭。对于保障金属质料的操做寿命战牢靠性，需供对于裂纹战颓丧妨碍实时的检测战建复。

二、【功能掠影】

        金属的颓丧波及正在一再机械载荷下经由历程裂纹的删量扩大而逐渐掉踪效。正在挨算操做中，颓丧占操做中倾向的90%。颓丧的提防依靠于小大的牢靠系数战低效的偏激设念的施止。正在传统的抗颓丧冶金设念中，斥天微挨算以停止或者缓解裂纹的去世少。裂纹扩大被感应是不成顺的。比照之下，正在其余质料种别中，基于潜在愈开机制战誉伤顺转的交流妄想。本篇报道是杂金属正在产去世颓丧裂纹，可能妨碍外在的自我建复。直接不雅审核到纳米级颓丧裂纹的早期仄息，正如预期的那样，裂纹后退，偏偏转战捉拿正在锚定的微不美不雅挨算妨碍。正在那边，好国新朱西哥州阿我伯克基市桑迪亚国家魔难魔难室战好国德克萨斯A&M小大教质料科教与工程系的Michael J. Demkowicz与 Brad L. Boyce团队，商讨了裂纹经由历程可被形貌为由部份应力形态战晶界迀移的组开激发的裂纹侧里热焊的历程愈开。颓丧裂纹可能经由历程与微不美不雅挨算特色的部份相互熏染感动正在金属中自坐愈开，条件是工程师若何设念战评估挨算质料颓丧寿命的最根基实际。而且借谈判正在种种处事变形中的颓丧的影响。该项工做以问题下场为：“Autonomous healing of fatigue cracks via cold welding”，宣告正在Nature上。

三、【中间坐异面】

1. 模拟批注，尽管边界迁移可能增长裂纹愈开，底子上由于不仄均的应力，那也呈目下现古其余细晶粒金属出有迁移边界。
2. 斥天了愈开对于裂纹扩大影响的阐收模子。裂纹愈开正在两个圆里是配合的：（1）它展看正在出有氧化的情景下删减的ΔKth，战（2）它展看低于ΔKth的背裂纹扩大速率的可能性。

四、【数据概览】

图1. 记实裂纹扩大、愈开战再睁开闭头阶段的动态图像。©2023 Nature

图2. 从动态视频中拍摄的愈开历程的详细不雅审核。©2023 Nature

图3. 一个簿本模子证实边界迁移，裂纹侧里干戈战愈开。©2023 Nature

五、【功能开辟】

        正在那项工做中，抗颓丧冶金外在的微不美不雅挨算特色不但停止颓丧裂纹，而且可能导致裂纹愈开。正在透射电子隐微镜（TEM）推伸下周颓丧下，不雅审核到的颓丧裂纹的自坐愈开的纳米Pt。裂纹周围的三重结（TJ）被捕，随后愈开的一个赫然的热焊历程中复原删减以前，沿着不开的裂纹蹊径。愈开产去世时，远场循环应力贯勾通接推伸，出有施减缩短，以增长焊接历程。簿本级战连绝级模拟批注，不仄均的部份应力战裂纹尖端周围晶界的逐渐迁移增长了那类背反直觉的动做。杂金属奇我可能正在纳米级自止愈开，那对于批注颓丧吸挑战抗颓丧质料的设念具备尾要意思。

本文概况：https://www.nature.com/articles/s41586-023-06223-0

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