Grønt laserlys sonderer metaller for skjulte skader

Forestil dig at kunne kontrollere et flys strukturelle integritet, skib eller bro, uden at skulle demontere det eller fjerne materiale til testning, hvilket yderligere kunne kompromittere strukturen. Det er løftet om en ny laserbaseret teknik, som kemikere udvikler for at afsløre skjulte skader i metaller.

Forskerne vil præsentere deres arbejde i dag på det 253. nationale møde og udstilling af American Chemical Society (ACS).

"Metaller udsættes ofte for mekanisk belastning eller træthed, der kan svække dem strukturelt, men du kan ikke fortælle det bare ved at se på dem, "James E. Patterson, Ph.d., siger.

Et eksempel fra den virkelige verden er et US Air Force-fly, der utilsigtet blev vendt på hovedet under flyvning, en bedrift, den ikke var designet til. Manøvren oversteg specifikationerne for flyets stresstolerance, Patterson siger, men der var ingen måde at vide, om inversionen faktisk havde beskadiget komponenter nok til at få flyet til at gå ned under en fremtidig flyvning. Så hele multimillion-dollar-flyet skulle skrottes.

"Det er her, ikke -destruktiv testning kommer ind, "siger Patterson, der er på Brigham Young University. NDT, som det er kendt, er allerede en milliardindustri, bemærker han. Nuværende teknikker til inspektion af materialer uden at skade dem omfatter røntgenbillede, som kan detektere mikroskopiske revner i metaller. Men metoden er dyr, kræver afskærmning fra røntgenstrålerne og er svær at tilpasse til brug i marken. Andre NDT -teknikker giver entydige resultater og kræver højtuddannede teknikere, han siger.

Hans team er i stedet afhængig af en spektroskopisk metode kendt som anden harmonisk generation (SHG), som ændrer lysets bølgelængde. En af Pattersons kandidatstuderende, Shawn Averett, indså, at teknikken kunne tilpasses til at lede efter tegn på indre skader i metaller. Averett og kandidaterne Scott D. Smith og Alex Farnsworth arbejder sammen med Patterson om projektet.

De begynder med at skinne grønt laserlys på en metalprøve. Gennem SHG, metallet konverterer noget af det indkommende lys til ultraviolet lys, som hopper tilbage fra metallet sammen med det resterende grønne lys. "Omdannelsesmængden afhænger af metalets egenskaber, og hvis disse egenskaber er blevet ændret af en eller anden form for stress, vi kan opdage, at i det konverterede lys, "Patterson forklarer. Tests til dato indikerer, at teknikken kunne skelne mellem metaldele, der stadig er intakte, og dem, der er blevet irreversibelt beskadiget og kræver udskiftning. Forskerne siger, at deres metode er mere følsom end eksisterende NDT -teknikker og dermed kunne give en tidligere advarsel om fare .

Med nogle yderligere forbedringer, metoden kan have applikationer i luftfartsindustrien, hvor plane dele rutinemæssigt udskiftes efter en vis brug for at undgå katastrofale fejl, Siger Patterson. Udskiftningsplanen er baseret på den gennemsnitlige ydelse af flere af de samme komponenter, frem for den faktiske tilstand af den enkelte komponent. SHG -metoden kan bruges til at kontrollere, om en bestemt komponent virkelig er slidt eller stadig har en levetid, fører til besparelser i tid, penge og materiale.

Pattersons team undersøger også applikationer med den amerikanske flåde. Aluminium/magnesiumlegeringen, der bruges i marinefartøjer, kan undergå usynlig korrosion med alvorlige konsekvenser. "Der er historier om nogen, der går langs et metaldæk og træder det forkerte sted, og en stor bid, der falder ned til dækket herunder, "siger han." Der dannes også revner i vægge. Og når der først dannes synlige revner, det er ofte for sent at vende skaden. "

Forskerne håber at udvikle deres teknik til et bærbart system, der ville indikere, om et scannet objekt er i god form. "I princippet, du kunne gå rundt med en tryllestav og noget fiberoptik og scanne store områder af et skib for skjulte skader, "Siger Patterson. Andre potentielle strukturer, der kan evalueres med teknologien, omfatter olierørledninger, bygningsdele og broer.