معادن مقاومة للتشقق قريباً!

يكشف كارل سييرادزكي، بروفسور متخصص في علوم المادة والهندسة في جامعة ولاية أريزونا أشرف على هذه الدراسة، معلومات جديدة عن أسباب التشقق العائد إلى الإجهاد والتآكل في معادن تُستخدم في صناعة خطوط الأنابيب التي تنقل الماء، الغاز الطبيعي، والوقود الأحفوري، فضلاً عن مركبات تُستعمل في محطات توليد الطاقة النووية وإطار عمل الطائرات.

يشارك سييرادزكي في الهيئة التعليمية في كلية هندسة المادة، النقل والطاقة، إحدى كليات إيرا أ. فالتون للهندسة في جامعة ولاية أريزونا.

نُشرت الاكتشافات التي توصل إليها فريقه في عدد 22 يونيو من تقرير Potential-dependent dynamic fracture of nanoporous gold الذي نُشر مسبقاً على الموقع الإلكتروني لمجلة {مواد الطبيعة} على شبكة الإنترنت.

باستخدام أدوات متقدمة تجمع بين التصوير الفائق السرعة والتصوير الرقمي، راقب الفريق عن كثب الحوادث التي تؤدي إلى ظهور شقوق ناجمة الإجهاد والتآكل في نموذج خليط من المعدن والفضة وتتبع السرعة التي تظهر فيها هذه الشقوق.

قاس هذا الفريق شقوقاً تتحرك بسرعة تتراوح بين 200 متر في الثانية إلى نحو نصف سرعة الموجة الصوتية في المادة.

يؤكد سييرادزكي أن هذه النتيجة مذهلة، لأن المواد الهشة وحدها، مثل الزجاج، تتشقق بهذه الطريقة، وأن خليط الذهب يُعتبر من المعادن الأكثر مرونة.

في غياب بيئة تسبب التآكل، أخفق خليط الذهب هذا بالطريق عينها كشكل أعده ولد من العجينة الطينية المخصصة للعلب، وفق سييرادزكي: أعد أسطوانة من هذه العجينة وستلاحظ أنك تستطيع مدها بنحو 100% قبل أن تبدأ بالتمزق. ولكن في بيئة تسبب التآكل، ينفصل الفضة في مواضع محددة عن المعدن الخليط، ما يؤدي إلى ظهور مسام. وإن حدث ذلك خلال تعرض المعدن للإجهاد، يخفق تماماً كما لو أنه مصنوع من زجاج.

تقدّم هذه النتائج فهماً أعمق لسلوك معادن، مثل سبائك الألومنيوم والنحاس والفولاذ غير القابل للصدأ، في حالة الإجهاد والتآكل، ما يهدد التكامل الميكانيكي لمكونات وبنى هندسية بالغة الأهمية.

قد تقدّم اكتشافات هذا الفريق توجيهات جديدة {لتصنيع المعادن الخليطة مع بنى صغرية مختلفة، لتصبح هذه المواد أكثر مقاومة لهذا النوع من التشقق}.