Впервые металл поймали на способности срастаться после трещин

Зелёным цветом на иллюстрации отмечено, где образовалась трещина, которая затем снова срослась. Трещина была чрезвычайно мала, поскольку перед нами отображение наноразмерного процесса самовосстановления металла. Явление обнаружили в Национальной лаборатории Сандия, США. Красные стрелки указывают направление сил, которые неожиданно вызвали явление.


Учёные впервые стали свидетелями того, как куски металла трескаются, а затем снова соединяются без специального вмешательства человека.

Повреждения в результате так называемой усталости материала — это один из видов износа машин и, в конечном итоге, причина их поломки. Повторяющееся напряжение или колебания вызывает образование микроскопических трещин. Со временем эти трещины растут и распространяются до тех пор, пока не раздастся щелчок. И всё, ремонт или в утиль.

Да, учёные уже создали ранее некоторые самовосстанавливающиеся материалы, в основном пластмассы. Но понятие самовосстанавливающегося металла в значительной степени было из области научной фантастики. Традиционно считалось, что трещины в металлах будут только увеличиваться, а не уменьшаться. Даже основные уравнения, которыми описывают рост трещин, исключают возможность «заживления».

В 2013 году Майкл Демкович, ныне профессор Техасскогоу университекта агрономии и механики (Texas A & M), начал углубляться в традиционную теорию материалов. И опубликовал гипотезу, основанную на результатах компьютерного моделирования. Согласно его идее, при определённых условиях металл должен сможет «заваривать» трещины, образовавшиеся в результате износа.

Подтверждение его теория в итоге увидели в Центре интегрированных нанотехнологий Сандии. Профессор Халид Хаттар и Крис Барр проводили эксперимент и случайно сделали открытие. Они всего лишь хотели оценить, как образуются и распространяются трещины в наноразмерном куске платины. Для опытов использовали разработанную ими специальную технику с использованием электронного микроскопа, которая позволяет многократно и часто-часто, по 200 раз в секунду, растягивать края металла.

Удивительно, но примерно через 40 минут эксперимента повреждения изменили направление. Один конец трещины сросся, как будто дефект пошёл вспять по собственным следам, не оставляя в итоге прежнего повреждения. Причём со временем под воздействием растяжения трещина начинала расти в ином направлении.

Первооткрыватели назвали это «беспрецедентным прозрением». И поделились своими выводами с профессором Майклом Демковичем. Затем Демкович воссоздал эксперимент в компьютерной модели и подтвердил, что явление, наблюдаемое в Сандии, было тем самым, о чём он рассуждал теоретически десять лет тому назад.

Впрочем, многое о процессе самовосстановления остаётся неизвестным, как и то, получит ли он практическое применение.


— Брэд Бойс, специалист по материалам лаборатории Сандия.

И несмотря на все эти вопросы, открытие всё равно оказалось на переднем крае материаловедения. А если удастся использовать обнаруженное явление, это может привести к инженерной революции. Например, забрезжила перспектива самовосстанавливающихся двигателей, мостов и самолётов, в которых будут самоустраняться повреждения, вызванные износом.