晶體邊界研究能夠預防深油井下的金屬發生脆化斷裂

　　麻省理工學院的研究人員發現晶界物理上的排列和顆粒邊界的變化可以將金屬遭破壞的可能性降至最小并延長其服役的壽命。

　　麻省理工學院的研究人員發現了一種特殊的金屬結構，可以防止其在氫環境下的斷裂。這項研究可能幫助防止油井的金屬管道襯套脆化。這些油井被放置在海洋表面下幾英尺的地方。由于海洋表面下氫濃度更高，氫滲透入金屬中會導致產生脆化、裂紋和泄露，因此，建造油井需要使用更加可靠和堅硬的金屬材料。

　　MIT的研究團隊還發現了加工過程中對金屬結構改性后發生的根本變化，這些變化可以將金屬遭破壞的可能性降至最小和延長其服役的壽命。Demkowicz聲稱他和他的同事探究了在嚴酷環境下材料抵抗破壞的概念。“深井下的環境是呈高酸性的，即意味著在這樣的環境中有大量的氫存在。”在這樣的環境下，服役于深井襯套的鎳合金的脆性大大地增加了。

　　“一百年前，人們就已經意識到當暴露在氫環境下，金屬將變脆。事實上，我們今天遇到的大部分材料問題都是我們已經知道了很久的問題，像腐蝕、疲勞、各類失效。但是，我們依然在預防這些問題的發生上面做得很差。”Demkowicz如是說。

　　考慮到關鍵部件如反應堆冷卻劑線和油井涂層不能出現問題，為了安全，并對失效做了最壞的分析，這類金屬零件會得到優先更換。使用更多耐性材料或是合理地預防能夠確保材料更長的服役周期，這樣可以有效地節約成本。該研究團隊聲稱他們的研究發現可以顯著地避免在石油鉆井作業時鎳合金的頻繁更換。

　　論文的兩個主要作者之一的Seita說“我們所做的研究的新穎之處在于我們用于觀察材料的微觀結構時使用的模式以及在探究導致脆化時微觀結構的作用是什么上。”在此分析的基礎上，研究者發現裂紋傾向在晶界處萌生，但是，通過對晶界的特殊調整可以阻止小裂紋發展成大裂紋。因此，研究人員發現物理上的排列和顆粒邊界在決定金屬脆化敏感程度上起著重要的作用。

　　“以前的研究看到了晶界的重要作用，但只是關注它們在材料上的整體排列，”Hanson說，“我們需要關注單個晶界，將注意力放在單個裂紋和單個晶界上。”Seita聲稱，某些特殊晶界天生就能抵抗裂紋。“人們覺得引入更多這樣的特殊晶界將使材料具有更大的抵抗力，但是實際情況要比這樣認為復雜得多。”

　　這一新的研究結果發表在《自然通訊》雜志上。