液态金属致脆

✍ dations ◷ 2025-02-28 02:47:52 #液态金属致脆

液态金属致脆(英语:Liquid Metal Embrittlement,LME),也称为液态金属诱发脆化,是某些延展性金属在暴露于特定液态金属时会造成拉伸延展性的急剧变化或发生脆性断裂的现象。一般来说,需要外部施加或本身存在一拉伸应力才会诱发使其脆化。但也有例外情况,例如铝与液态镓同时存在的情况下。 目前已知许多现象,并且已经提出了几种可能的机制来解释它。 液态金属致脆也曾用来解释在观察到几种钢在热浸镀锌或后续制造过程中会发生损失延展性和开裂。 且开裂以及高裂纹增长率可能会导致毁灭性的灾难。

当其中一种金属接近其熔点时,即使在固态下也可以观察到类似的金属脆化效应;例如在高温下工作的镀镉部件。这种现象被称为固体金属脆化。

液态金属致脆的特征在于,与在空气/真空中获得的相比,在存在液态金属的情况下进行测试时,阈值应力强度、真实断裂应力或断裂应变降低空气/真空测试。断裂应变的降低通常与温度有关,随着测试温度的降低,会观察到“延展性谷”。 许多金属对也表现出韧性到脆性的转变行为。应力-应变曲线的弹性区域的形状没有改变,但塑性区域可能在 液态金属致脆 过程中发生变化。脆化的液态金属在固态金属中引起非常高的裂纹扩展速率,从每秒几厘米到每秒几米不等。最终断裂之前,会经历潜伏期和缓慢的临界前裂纹扩展阶段。

据传,经历液态金属致脆的固-液金属组合具有特殊性。 金属对引起脆化的相互溶解度应该有限。过高的溶解度并不会引起急性裂纹扩展,但没有任何一个溶解度可以防止液态金属润湿固体表面并防止液态金属致脆。固体金属表面存在氧化层也会妨碍两种金属之间的良好接触并阻止液态金属致脆。固态和液态金属的化学成分会影响脆化的严重程度。向液态金属中添加第三种元素可能会增加或减少脆化并改变出现脆化的温度区域。形成金属间化合物的金属组合不会引起液态金属致脆。目前已有各种各样的液态金属致脆组合。 技术上来说,最重要的是铝和钢合金的液态金属致脆。

固体金属的合金会改变液态金属致脆。一些合金元素可能会增加强度,而其他元素可能会阻止液态金属致脆。已知合金的作用是偏析到固体金属的晶粒边界和改变晶界特性。因此,在合金添加元素已经饱和固体金属的晶界的情况下,可以看到最强的液态金属致脆。 固体金属的硬度和变形行为影响其对液态金属致脆的敏感性。一般来说,较硬的金属会更严重地脆化。晶粒大小对液态金属致脆影响很大。晶粒越大的固体脆化越严重,断裂应力与晶粒直径的平方根成反比。脆性到韧性的转变温度也随着晶粒尺寸的增加而增加。

固体和液体金属之间的界面能和固体金属的晶界能对液态金属致脆影响很大。这些能量取决于金属组合的化学成分。

温度、应变率、应力和暴露于液态金属的时间等外部参数皆会影响 液态金属致脆。温度会在固体金属中产生延展性槽和延展性到脆性的转变行为。槽的温度范围以及转变温度由液态和固态金属的组成、固态金属的结构和其他实验参数改变。延展性槽的下限一般与液态金属的熔点重合。上限对应变率敏感。温度也影响 液态金属致脆 的动力学。应变速率的增加,增加了上限温度以及裂纹扩展速率。在大多数金属耦合中,液态金属致脆 不会在阈值应力水平以下发生。

测试通常涉及拉伸试样,但也使用断裂力学试样进行更复杂的测试。

目前已经有许多论文为 液态金属致脆 提出了许多理论。 下面列出了主要几种:

所有模型,除了 Robertson ,都利用固体金属的吸附诱导表面能降低的概念作为液态金属致脆的主要原因。他们成功地预测了许多观察结果。然而液态金属致脆的定量预测仍然难以捉摸。

汞为最常见导致脆化的液态金属。大约公元 78 年,水银的脆化作用首先被老普林尼发现。 汞泄漏对飞机来说尤其危险。铝锌镁铜合金 DTD 5050B 对其特别容易受到影响。铝铜合金 DTD 5020A 则不太敏感。溢出的汞则可以用硝酸银惰化,使其相对无害。

2004 年 1 月 1 日,由桑托斯有限公司经营的南澳大利亚蒙巴天然气加工厂发生大火。导致火灾的气体泄漏是由液体回收装置中的热交换器(冰箱)入口喷嘴故障引起的。入口喷嘴失效是由于元素汞使B列铝制冷箱的液态金属致脆。

液态金属致脆在Joseph Finder的小说《杀手本能》中扮演着核心角色。

在电影大英雄天团中,由Genesis Rodriguez配音的哈妮蕾梦在她的实验室中使用液态金属致脆技术。

相关

  • X-射线衍射X光散射技术或X射线衍射技术(英语:X-ray scattering techniques)是一系列常用的非破坏性分析技术,可用于揭示物质的晶体结构、化学组成以及物理性质。这些技术都是以观测X射线穿
  • 詹姆斯·沃德詹姆斯·沃德(James Ward)可以指:
  • 台中市北屯区侨孝国民小学台中市北屯区侨孝国民小学(简称侨孝国小)是位于台中市北屯区的一间国民小学,成立于1955年。后利用1959年八七水灾后,海外华侨的捐款而独立设校,因此校名中使用了“侨”字作为纪念
  • 第12届威尼斯影展第12届威尼斯影展在威尼斯当地时间1951年8月20日到9月10日举行,马力欧·葛默(Mario Gromo)担任评审团主席。
  • 路德维格·奥古斯特·柯丁路德维格·奥古斯特·柯丁(丹麦语:Ludwig August Colding,1815年7月12日-1888年4月21日)是一位丹麦土木工程师和物理学家,他与詹姆斯·普雷斯科特·焦耳和尤利乌斯·罗伯特·冯·
  • 上佩希茨山坐标:46°56′22″N 12°47′11″E / 46.93944°N 12.78639°E / 46.93944; 12.78639上佩希茨山(德语:Hoher Perschitzkopf),是奥地利的山峰,位于该国南部,处于克恩顿州和蒂罗尔州
  • 吴华年吴华年,山东德州人,清朝政治人物、进士出身。同治七年(1868年)戊辰科进士,改庶吉士。同治十二年八月初一(1873年9月22日),由翰林院编修调任广西学政。光绪元年十二月二十一(1876年1月17日),回京供职。
  • 劳动省劳动省可以指:
  • 玛丽·弗里泽尔玛丽·弗里泽尔(英语:Mary Frizzell,1913年1月27日-1972年10月12日),加拿大女子田径运动员,主攻短跑。她曾代表加拿大参加1932年夏季奥林匹克运动会田径比赛,获得女子4×100米接力银牌。
  • 申党申党(?-?),《孔子家语》作申缭、申绩,字周。春秋时期鲁国人。孔子弟子。《论语》有申枨,《论语·公冶长》:“子曰:‘吾未见刚者。’或对曰:‘申枨。’子曰:‘枨也欲,焉得刚?’。”《史记索隐》申缭、申党是一人,一说是两人。另外,公伯缭字周,《史记索隐》认为申缭、公伯缭是一人。