Các nhà nghiên cứu tập trung vào cơ chế cơ bản khiến hợp kim bị nứt khi tiếp xúc với môi trường giàu hydro
Tín dụng: Pixabay/CC0 Miền công cộng
Khi quyết định sử dụng vật liệu nào cho các dự án cơ sở hạ tầng, kim loại thường được lựa chọn vì độ bền của chúng. Tuy nhiên, nếu đặt trong môi trường giàu hydro như nước, kim loại có thể trở nên giòn và dễ hỏng. Kể từ giữa thế kỷ 19, hiện tượng này, được gọi là hiện tượng giòn hydro, đã khiến các nhà nghiên cứu bối rối vì bản chất khó lường của nó. Giờ đây, một nghiên cứu được công bố trên Science Advances đưa chúng ta tiến một bước gần hơn đến việc dự đoán điều đó một cách chắc chắn.
Công trình được dẫn dắt bởi Tiến sĩ Mengying Liu từ Đại học Washington và Lee phối hợp với các nhà nghiên cứu tại Đại học Texas A&M. Nhóm nghiên cứu đã nghiên cứu sự hình thành các vết nứt trong các mẫu ban đầu hoàn hảo, không có vết nứt của hợp kim gốc niken (Inconel 725), hợp kim này chủ yếu được biết đến nhờ độ bền và khả năng chống ăn mòn. Hiện có một số giả thuyết đang được áp dụng nhằm giải thích hiện tượng giòn do hydro. Kết quả của nghiên cứu này cho thấy rằng một trong những giả thuyết nổi tiếng hơn—độ dẻo cục bộ tăng cường hydro (HELP)—không thể áp dụng được trong trường hợp của hợp kim này.
Độ dẻo, hoặc biến dạng không thể đảo ngược, không đồng nhất trong toàn bộ vật liệu mà thay vào đó được định vị ở một số điểm nhất định. HELP đưa ra giả thuyết rằng các vết nứt bắt đầu tại các điểm có độ dẻo cục bộ cao nhất.
Đồng tác giả, Tiến sĩ Michael J. Demkowicz, giáo sư tại Đại học New York, cho biết: “Theo những gì tôi biết, nghiên cứu của chúng tôi là nghiên cứu đầu tiên thực sự xem xét theo thời gian thực để xem vết nứt bắt đầu ở đâu và không phải ở những vị trí có độ dẻo cục bộ cao nhất”. Khoa Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu tại Đại học Texas A&M và bằng Tiến sĩ của Liu. cố vấn. "Nghiên cứu của chúng tôi theo dõi cả độ dẻo cục bộ và vị trí bắt đầu vết nứt trong thời gian thực."
Việc theo dõi quá trình bắt đầu vết nứt trong thời gian thực là rất quan trọng. Khi kiểm tra mẫu sau khi vết nứt xuất hiện, hydro đã thoát ra khỏi vật liệu, khiến không thể hiểu được cơ chế dẫn đến hư hỏng.
Demkowicz cho biết: “Hydro dễ dàng thoát ra khỏi kim loại, vì vậy bạn không thể biết được tác dụng của việc làm giòn kim loại bằng cách kiểm tra các mẫu vật sau khi chúng đã được thử nghiệm. Bạn phải quan sát trong khi thử nghiệm”.
Nghiên cứu này giúp đặt nền móng cho những dự đoán tốt hơn về độ giòn của hydro. Trong tương lai, hydro có thể thay thế nhiên liệu hóa thạch như một nguồn năng lượng sạch. Nếu thay đổi này xảy ra, tất cả cơ sở hạ tầng hiện được sử dụng để lưu trữ và sử dụng nhiên liệu hóa thạch sẽ trở nên dễ bị giòn do hydro. Việc dự đoán độ giòn là rất quan trọng để ngăn chặn những sự cố không mong muốn, tạo điều kiện thuận lợi cho nền kinh tế hydro trong tương lai.
Các thí nghiệm cho nghiên cứu này, cũng như phân tích dữ liệu sơ bộ, được tiến hành tại Texas A&M, trong đó Liu cung cấp thêm phân tích dữ liệu và chuẩn bị bản thảo tại Washington và Lee. Bài viết này được đồng tác giả bởi Liu, Demkowicz và nghiên cứu sinh tiến sĩ Lai Jiang của Texas A&M.
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
