Cuando se trata de la integridad de las aleaciones estructurales, un poco de corrosión a veces puede ser algo bueno.

Los investigadores de Cornell utilizaron modelos atómicos avanzados para explorar las formas en que el medio ambiente puede influir en el crecimiento de grietas en aleaciones como el aluminio y el acero, conocimiento que podría ayudar a los ingenieros a predecir mejor. y posiblemente posponer, el fracaso de las estructuras. Y quitando átomos de la punta de una grieta, el modelo mostró que los investigadores podían evitar que se propagara una grieta, esencialmente mejorando el rendimiento mecánico del material.

El papel del equipo, "Disolución en la punta de una grieta dúctil, "publicado el 1 de octubre en Cartas de revisión física . El autor principal es Wenjia Gu, Doctor. '20.

"La gente ha estado modelando el crecimiento de grietas y fracturas durante mucho tiempo, pero el proceso real por el cual ocurre no ha sido realmente claro, al menos para aleaciones estructurales en entornos complicados, "dijo Derek Warner, profesor asociado de ingeniería civil y ambiental y autor principal del artículo. "Puede ser un fenómeno a gran escala, las grandes estructuras pueden fracturarse, pero se puede controlar a escala atómica, particularmente cuando se analizan los efectos ambientales ".

Un medio ambiente tiene muchos mecanismos diferentes por los cuales impacta adversamente un material, entre ellos disolución, formación de óxido, redeposición del material y fragilización por hidrógeno. Warner y su equipo en Cornell Fracture Group optaron por centrarse en la disolución, que se puede encontrar en todas partes, desde superficies metálicas corroídas hasta huesos humanos erosionados.

El equipo creó una serie de modelos atómicos 2D de una aleación estructural, similar al aluminio y al acero, que era dúctil, es decir, lo suficientemente flexible como para que no se rompa cuando se deforme, como lo hace el vidrio.

Al ejecutar numerosas simulaciones que estresaron el material con una variedad de ciclos de carga, los investigadores pudieron ver las diferentes formas en que interactuaban los átomos. Luego, los investigadores comenzaron a eliminar átomos débilmente enlazados de la superficie, uno a la vez, y monitoreó el comportamiento del crack.

Descubrieron que la eliminación del material de la superficie inhibía el crecimiento de la grieta.

"La propensión a crecer de una grieta depende de lo afilada que sea, "Dijo Warner." Si tienes una muesca redonda grande, es poco probable que se propague como una grieta. Pero si tienes alguna característica nítida, como una hendidura cortada con un cuchillo, es más probable que crezca. Entonces de esta manera remoción de material, similar a lo que ocurre durante la corrosión, realmente puede mejorar el rendimiento mecánico ".

Hay un corolario de este tipo de destrucción como mejora en la biología humana, Warner anotó. Osteoclastos, un tipo de célula ósea, disuelve el tejido óseo como una forma de promover el crecimiento óseo y resistir la fractura.

Este enfoque podría tener muchas aplicaciones prácticas, simplemente dejando que la naturaleza siga su curso.

"Hay algunas situaciones en las que tendrías una estructura de ingeniería, una aleación estructural, y podrías decir bien, De hecho, podría ser beneficioso dejar que se corroa un poco porque puede embotar las grietas que ya están allí. "Dijo Warner.

La investigación es de particular interés para la Oficina de Investigación Naval, que financió el estudio, y sus esfuerzos para mantener aviones costosos en condiciones de trabajo seguras en medio del entorno oceánico extremo.

"Cuando un avión aterriza en un portaaviones, eso está dentro del 30% de lo que llamaría un aterrizaje forzoso cada vez que aterriza. Estás operando en estos estrechos márgenes. Luego dejas que la cosa se siente en la cubierta del portaaviones al sol, ser azotado con agua salada y corrosión, "Dijo Warner." Sabes lo que pasa si dejas tu bicicleta afuera, ¿Derecha? Con un mejor modelado, pueden evaluar mejor si es seguro volar, y con qué frecuencia debemos realizar tareas de mantenimiento para detectar problemas ".