En ce qui concerne l'intégrité des alliages structuraux, un peu de corrosion peut parfois être une bonne chose.

Les chercheurs de Cornell ont utilisé une modélisation atomique avancée pour explorer les façons dont l'environnement peut influencer la croissance des fissures dans des alliages tels que l'aluminium et l'acier - des connaissances qui pourraient aider les ingénieurs à mieux prévoir, et éventuellement reporter, la défaillance des structures. Et en enlevant des atomes de la pointe d'une fissure, la modélisation a montré que les chercheurs pouvaient empêcher une fissure de se propager, améliorant essentiellement les performances mécaniques du matériau.

Le papier de l'équipe, "Dissolution à un fond de fissure ductile, " publié le 1er octobre dans Lettres d'examen physique . L'auteur principal est Wenjia Gu, doctorat '20.

« Les gens modélisent la croissance et la fracture des fissures depuis longtemps, mais le processus réel par lequel cela se produit n'a pas vraiment été clair, au moins pour les alliages structuraux dans des environnements compliqués, " a déclaré Derek Warner, professeur agrégé de génie civil et environnemental et auteur principal de l'article. "Ce peut être un phénomène à très grande échelle - de grandes structures peuvent se fracturer - mais il peut être contrôlé à l'échelle atomique, surtout quand on regarde les effets sur l'environnement."

Un environnement a de nombreux mécanismes différents par lesquels il a un impact négatif sur un matériau, parmi eux la dissolution, formation d'oxyde, redéposition des matériaux et fragilisation par l'hydrogène. Warner et son équipe du Cornell Fracture Group ont choisi de se concentrer sur la dissolution, qui peuvent être trouvés partout, des surfaces métalliques corrodées aux os humains érodés.

L'équipe a créé une série de modèles 2D atomiques d'un alliage structurel, similaire à l'aluminium et l'acier, qui était ductile, c'est-à-dire suffisamment souple pour qu'il ne se brise pas lorsqu'il est déformé, comme le verre.

En exécutant de nombreuses simulations qui ont sollicité le matériau avec une gamme de cycles de chargement, les chercheurs ont pu voir les différentes façons dont les atomes interagissaient. Les chercheurs ont alors commencé à retirer les atomes faiblement liés de la surface, un à la fois, et surveillé le comportement de la fissure.

Ils ont découvert que l'élimination du matériau de surface empêchait la fissure de se développer.

"La propension d'une fissure à se développer dépend de sa netteté, " Warner a dit. " Si vous avez une grande encoche ronde, il est peu probable qu'il se propage comme une fissure. Mais si vous avez une caractéristique pointue, comme une fente coupée au couteau, il est plus susceptible de croître. Donc de cette façon, enlèvement de matière, semblable à ce qui se passe lors de la corrosion, peut réellement améliorer les performances mécaniques.

Il y a un corollaire à ce type de destruction-comme-amélioration de la biologie humaine, Warner a noté. Ostéoclastes, un type de cellule osseuse, dissoudre le tissu osseux pour favoriser la croissance osseuse et résister à la fracture.

Cette approche pourrait avoir de nombreuses applications pratiques, juste en laissant la nature suivre son cours.

"Il y a des situations où vous auriez une structure d'ingénierie, un alliage structurel, et vous pourriez bien dire, il pourrait en fait être avantageux de le laisser se corroder un peu car il peut émouvoir les fissures qui sont déjà là, " a déclaré Warner.

La recherche est d'un intérêt particulier pour l'Office of Naval Research, qui a financé l'étude, et ses efforts pour maintenir les avions coûteux en état de fonctionnement sûr dans un environnement océanique extrême.

"Quand un avion atterrit sur un porte-avions, c'est à moins de 30 % de ce que vous appelleriez un atterrissage forcé à chaque fois qu'il atterrit. Vous opérez dans ces marges serrées. Ensuite, vous laissez la chose s'asseoir sur le pont du porte-avions au soleil, se faire fouetter avec de l'eau salée et de la corrosion, " Warner a dit. " Vous savez ce qui se passe si vous laissez votre vélo dehors, droit? Avec une meilleure modélisation, ils peuvent mieux évaluer s'il est sécuritaire de voler, et à quelle fréquence devons-nous faire de la maintenance pour rechercher des problèmes. »