Новый микроскоп в реальном времени следит за изменениями в раскалённом металле

Новый метод микроскопии позволяет тестировать материалы, предназначенные для работы в экстремальных условиях.
Фото North Carolina State University.

Учёные разработали микроскоп, который позволяет в реальном времени наблюдать за поведением раскалённого материала. Разработку уже использовали для изучения сплава, предназначенного для атомных реакторов. Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале Materials Science and Engineering: A.

Материал, исследованный авторами, является модификацией нержавеющей стали под названием "сплав-709".

"Сплав-709 настолько новый, что его поведение при высоких температурах и [механических] нагрузках ещё не полностью изучено. И Департамент энергетики должен был лучше узнать его термомеханические и структурные характеристики, чтобы определить его пригодность для использования в ядерных реакторах", – объясняет ведущий автор исследования Афсанех Раби (Afsaneh Rabiei) из Университета Северной Каролины, США.

С этой целью учёные модифицировали существующие методики сканирующей электронной микроскопии. Новая технология, основанная на обратном рассеянии электронов, позволяет работать с раскалёнными образцами под большим механическим напряжением.

"Это означает, что мы можем видеть рост трещины, начало разрушения и микроструктурные изменения материала во время термомеханических испытаний любого материала, не только сплава-709, – говорит Раби. – Это может помочь нам понять, где и почему материалы выходят из строя в самых разных условиях: от комнатной температуры до 1000 °C и напряжении от нуля до двух гигапаскалей".

Использовав такую уникальную технологию, авторы подвергли испытаниям сплав-709. Лист металла толщиной в один миллиметр нагревали в воздухе до 550, 650 и 750 и 950 °C. На каждой отметке они увеличивали механическое напряжение до тех пор, пока материал не разрушался.

"Наша методика микроскопии позволила нам контролировать образование пустот и рост трещин вместе со всеми изменениями в микроструктуре материала на протяжении всего процесса", – рассказывает Раби.

Материал показал себя прекрасно.

"Сплав-709 превосходит нержавеющую сталь-316, которая в настоящее время используется в ядерных реакторах, – подводит итог Раби. – Исследование показывает, что прочность сплава-709 была выше, чем у нержавеющей стали-316, при всех температурах, что означает, что он может выдержать большее [механическое] напряжение, прежде чем разрушится".

Теперь исследователи собираются подвергнуть тот же сплав испытаниям с циклической механической нагрузкой. Однако главным достижением, конечно, остаётся сама методика, которая позволит протестировать многие другие материалы, предназначенные для экстремальных нагрузок.

Напомним, что ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали о микроскопах, снимающих 3D-видео на клеточном уровне и позволяющих рассматривать наномасштабные предметы.

Сегодня