材料科学：冷間圧接による疲労亀裂の自律的修復

金属における疲労では、機械的な繰り返し負荷の下で漸進的な亀裂の伝播によって、徐々に破壊が起こる。構造的用途では、疲労は、使用中の破壊の最大90％を占めている。疲労の防止は、安全率を大きくとり非効率的な過剰設計を行うことに依存している。耐疲労性を目的とした従来の冶金学的設計では、亀裂進展を停止もしくは減速させる微細構造が開発されている。亀裂の成長は不可逆的であると考えられている。それに対し、他の部類の材料では、潜在的な修復機構や損傷回復に基づく説得力のある代替策が存在する。今回我々は、純金属における疲労亀裂が本質的に自己修復し得ることを報告する。我々は、ナノスケールの疲労亀裂の初期の進展を直接観察しており、予想通り亀裂は進展し、局所的な微細構造障壁で方向を変え停止している。しかし、意外にも、局所応力状態と粒界移動の組み合わせによって誘起される亀裂側面の冷間圧接として説明される過程によって、亀裂が修復されることも観察された。特徴的微細構造との局所相互作用を通して金属の疲労亀裂が自律的に修復され得るという前提は、構造材料の疲労寿命を設計し評価する方法に関する最も基本的な理論に疑問を投げ掛ける。我々は、さまざまな使用環境での疲労に対する影響を考察している。

目次へ戻る