磨損、腐蝕、材料疲勞——這些性能退化的跡象在大多數(shù)材料中都會(huì)發(fā)生。這使得盡早發(fā)現(xiàn)損傷變得更加重要，尤其是在微觀尺度上。我們通常使用磁測(cè)試方法測(cè)量缺陷，但是非磁性鋼以前是不能用這種方法檢測(cè)的。來自凱澤斯勞滕（Kaiserslautern）和美因茨（Mainz）的研究人員現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出一種新方法，在這個(gè)測(cè)試過程中，他們將一個(gè)薄的磁性層覆于鋼鐵，因此，鋼鐵微觀結(jié)構(gòu)的變化可以通過磁效應(yīng)的變化來檢測(cè)。像鋁這樣的材料也可以通過這種方法進(jìn)行測(cè)試。這項(xiàng)研究發(fā)表在Journal of Magnetism and Magnetic Materials雜志上。

    鋼是最常用的材料之一。該產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于不銹鋼、高強(qiáng)度淬火鋼和低碳鋼等多種型號(hào)。鋼可以是具有磁性的，也可以是非磁性的。它們可以用于餐具，車輛部件或建筑物和橋梁的鋼梁中。有時(shí)，鋼鐵會(huì)暴露在高溫或高壓之下。“這可能導(dǎo)致鋼材微觀結(jié)構(gòu)的改變，產(chǎn)生裂縫或結(jié)構(gòu)失效，”Marek Smaga博士說，他是由Tilmann Beck教授領(lǐng)導(dǎo)的凱澤斯勞滕（TUK）技術(shù)大學(xué)材料科學(xué)部的研究員。專家稱，基于物質(zhì)疲勞的背景下，這種損害最初只能在微觀層面上觀測(cè)到。即使有了磁測(cè)試方法，也不可能在早期發(fā)現(xiàn)非磁性鋼的這種程度的變化。

    來自TUK的工程師和來自約翰內(nèi)斯古騰堡大學(xué)（JGU）的物理學(xué)家們?cè)谒麄兡壳暗难芯恐刑岢隽艘粋€(gè)解決方案。他們?cè)诜谴判圆牧仙蠎?yīng)用了磁效應(yīng)。“有了磁性鋼，就有可能在早期發(fā)現(xiàn)鋼材料結(jié)構(gòu)上的微觀變化，”來自凱澤斯勞滕的博士生Shayan Deldar解釋道。“即使是微小的變形也會(huì)改變磁性的性質(zhì)。這可以通過特殊的傳感器技術(shù)來測(cè)量。”

    研究人員在非磁性鋼板上涂覆了磁性薄膜，每個(gè)磁性薄膜厚度為20納米，由terfenol-D（一種包含化學(xué)元素鋱，鐵和鏑的合金）和坡莫合金（一種鎳鐵化合物）組成。然后研究人員使用克爾顯微鏡來檢查鋼中的應(yīng)變是否可以在微觀范圍內(nèi)被檢測(cè)到。“這是通過克爾效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)的，”Smaga解釋說，它允許磁性微結(jié)構(gòu)，即所謂的域，通過旋轉(zhuǎn)光的偏振方向來成像。“

    科學(xué)家們研究了以前暴露在機(jī)械負(fù)荷下的磁性涂層鋼板。”我們觀察到磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)的一個(gè)特征變化，“美因茨約翰內(nèi)斯騰堡大學(xué)物理研究所的Martin Jourdan博士解釋說。”非磁性鋼的微觀應(yīng)變會(huì)導(dǎo)致薄層磁化方向發(fā)生改變。“

    與傳統(tǒng)的測(cè)試方法相比，該方法具有在微觀水平上更早地檢測(cè)疲勞跡象的優(yōu)點(diǎn)。研究人員的新方法可以用于未來的新測(cè)試技術(shù)。而且，不僅僅對(duì)非磁性鋼有作用，其他材料如鋁，鈦和某些復(fù)合材料也可以設(shè)置這種層。

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責(zé)任編輯：殷鵬飛

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