Primeras imágenes 3D de grietas microscópicas en aleaciones

• Por primera vez, los investigadores desarrollan una técnica para capturar imágenes en 3D de grietas microscópicas en aleaciones a base de níquel causadas por la exposición al hidrógeno o al agua.
• Ayudará al ingeniero a desarrollar microestructuras con una vida útil prolongada del material, ahorrando costos en reparaciones y reemplazos.

Las microfracturas en las aleaciones metálicas no se pueden ver a simple vista, pero pueden extenderse a otras regiones cuando se exponen al hidrógeno o al agua, lo que genera serios problemas en plantas nucleares, electroquímicas, tecnologías de almacenamiento de hidrógeno y estructuras como puentes y edificios altos.

Por lo general, la fragilización por hidrógeno (HE) de las aleaciones se denota por fracturas inesperadas y pérdida de ductilidad que provocan un espectro cada vez mayor de fallas de materiales. Dado que la intensidad de HE aumenta con la resistencia del metal, las aleaciones avanzadas (como la aleación a base de níquel) son más susceptibles a HE. Para predecir y prevenir la EH, es necesario tener un conocimiento detallado de sus orígenes físicos.

Recientemente, investigadores del MIT y LLNL (Laboratorio Nacional Lawrence Livermore) desarrollaron una técnica para capturar imágenes tridimensionales de grietas microscópicas en aleaciones causadas por la fragilización por hidrógeno. Estas imágenes se pueden usar para detectar diferentes límites de grano u orientaciones de estructuras microscópicas que pueden desviar fracturas y prevenir daños asistidos por hidrógeno o agua.

¿Cómo lo hicieron?

La nueva técnica, mapeo de microestructuras 3D, se basa en métodos de tomografía y difracción de rayos X basados ​​en sincrotrón para analizar las grietas de aleaciones de níquel causadas por hidrógeno / agua.

Si desea analizar con precisión cómo se propagan las grietas metálicas, debe simular el problema en tres dimensiones. Además, debe tener suficientes datos sobre la morfología del crack y su relación con la microestructura.

Para realizar una evaluación no destructiva, los autores aplicaron rayos X de alta intensidad sobre aleaciones de níquel agrietadas. Colocaron una cámara para capturar todos los haces transmitidos y difractados. Luego probaron cientos de miles de orientaciones de estructuras microscópicas y examinaron millones de puntos.

Referencia:Nature Communications | doi:10.1038 / s41467-018-05549-y | LLNL

Crédito de la imagen:Dharmesh Patel / Texas A&M University

Al alinear los datos con modelos físicos, transformaron los puntos de difracción en una imagen de microestructura tridimensional. Esta imagen 3D muestra qué tipos de granos límite podrían desviar las grietas, y los resultados sugieren que los BLIPS (límites con llanuras de bajo índice) son resistentes al daño.

¿Qué utilidad tiene?

La tecnología puede traer avances a las técnicas de procesamiento de metales destinadas a detener la propagación de grietas en las aleaciones de níquel. Esto fortalecería los materiales y aumentaría la vida útil de los componentes y estructuras.

Más específicamente, podría mejorar las predicciones de las respuestas mecánicas de las aleaciones HE. Los límites de grano perjudiciales se pueden procesar mientras se diseñan las aleaciones para agregar obstáculos a las fracturas y evitar que crezcan.

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Además, los datos obtenidos a partir de imágenes 3D ayudarán al ingeniero a desarrollar microestructuras efectivas con una vida útil prolongada del material, lo que ahorrará costos en reparaciones / reemplazos. Para aumentar la vida útil, la microestructura debe procesarse con grandes cantidades de BLIPS, que desviarían o embotarían las grietas de una mejor manera.