Knowledge based design of crack and erosion damage healing nanolaminates

基于知识的裂纹和侵蚀损伤修复纳米层压材料设计

基本信息

项目摘要

Today, the properties of components are designed such that they meet operational demands in various environments for a given time before they have to be repaired “externally” or replaced by new ones. Self-healing materials allow for a design concept based on damage management where damage that is inflicted during operation can be healed autonomously. It has been shown that the MN+1AXN phases Ti3AlC2, Ti2AlC and Cr2AlC exhibit autonomous self-healing behaviour. Cracks are filled and hence healed by oxidation products of the M and A elements in the MAX phase at high operating temperatures. After crack healing the fracture strength is recovered to the level of the virgin material. MAX phases are nanolaminates exhibiting both ceramic and metallic properties. Due to its oxidation and corrosion resistance, it can be used at high temperatures and in aggressive environments. Unlike conventional high temperature materials, MAX phase metallo-ceramics are easily machinable. Furthermore, it has been shown that the MAX phase Cr2AlC exhibits excellent erosion resistance. So far, basic physical and chemical materials design principles for self-healing materials have not been identified. Therefore, this project aims at identifying and understanding these principles to realize knowledge-based design of crack and erosion damage healing materials. Based on ab initio calculations of the stability of Cr2-xMxAl1-yAyC (M = Ti, Hf, Zr; A = Si, B), phases suitable for experiments are determined and synthesized. The crack healing kinetics will be investigated as a function of the concentrations of the elements M and A both experimentally and by means of modelling. In principal, self-healing of erosion damage appears possible, but yet has to be demonstrated experimentally. The long-term vision of this project is to predict the capability of a MAX phases for crack and erosion damage management as a function of composition, temperature, time and environment.
如今,设计的属性是使它们在给定时间内在各种环境中满足运营需求的,然后才能“外部”修复或被新的修复。自我修复材料允许基于损伤管理的设计概念,在该管理过程中,可以自主治愈操作期间造成的损坏。已经表明,Mn+1axn相TI3ALC2,TI2ALC和CR2ALC暴露的自主自主自我修复行为。裂纹被填充,因此在高工作温度下M和最大阶段中M和A元素的氧化产物愈合。裂纹愈合后,将裂缝强度恢复到原始材料的水平。最大相是纳米木材,既具有陶瓷又具有金属性能。由于其氧化和耐腐蚀性,可以在高温和侵略性环境中使用。与常规的高温材料不同,最大相位金属陶瓷很容易发动。此外,已经表明,最大相CR2ALC表现出极好的侵蚀性。到目前为止,尚未确定基本的物理和化学材料设计原理。因此,该项目旨在识别和理解这些原则,以实现基于知识的裂纹和侵蚀损害治愈材料的设计。基于CR2-XMXAL1-YAYC(M = Ti,Hf,Zr; A = Si,B)的稳定性的从头算的计算,确定并合成了适合实验的相。裂纹愈合动力学将作为M和A的浓度M和A的浓度进行研究,并通过实验和建模。在本金中,似乎有可能自我修复侵蚀损害,但必须在实验中证明。该项目的长期视觉是预测最大阶段裂纹和侵蚀损伤管理的能力,这是组成,温度,时间和环境的函数。

项目成果

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