內容簡介

  經過數十年冶金技術的發展，結構性金屬合金得到了不斷改進，以抵抗變形、開裂和失效。裂紋偏轉、分支和橋接等增韌機制是廣泛采用的用于耗散機械能的策略。然而，針對合金損傷修復方面的工作，則要少得多。近期的研究，主要針對聚合物和復合材料，提出了設計自修復材料的策略。雖然大多數金屬自修復方法都是利用外在熱源和潛在的可激活成分來修復損傷，但有趣的是，固有的微觀結構特征也可以修復損傷，而無需加熱至環境溫度以上。自修復有可能對金屬的許多結構應用產生影響，特別是循環載荷下的疲勞失效。在結構應用中，疲勞占在役失效的 90%。

   針對金屬材料的疲勞損傷修復問題，美國Sandia國家實驗室的Brad L. Boyce等研究人員，采用Bruker PI95 高精度原位納米力學測量系統，在透射電子顯微鏡（TEM）中進行拉伸高循環疲勞實驗。作者觀察到了納米晶Pt疲勞裂紋的自修復，發現固有的微觀結構特征不僅能阻止疲勞裂紋，還能使裂紋修復。在修復過程中，裂紋在三晶交點（TJ）附近停止，隨后通過明顯的冷焊過程修復，接著沿不同的裂紋路徑生長。修復發生時，遠場循環應力仍為拉伸應力，因此沒有施加壓縮來促進焊接過程。數值模擬結果表明，不均勻的局部應力和晶界的逐漸遷移促進了這種修復行為。純金屬在納米尺度上自愈的特性對疲勞響應的解釋和抗疲勞材料的設計具有重要意義。

  相關成果Autonomous healing of fatigue cracks via cold welding于2023年7月發表于Nature 上。