材料检测技术新突破 通过附加磁性检测非磁钢中的损伤

磨损、腐蚀、材料疲劳——这些性能退化的迹象在大多数材料中都会发生。这使得尽早发现损伤变得更加重要，尤其是在微观尺度上。我们通常使用磁测试方法测量缺陷，但是非磁性钢以前是不能用这种方法检测的。来自凯泽斯劳滕（Kaiserslautern）和美因茨（Mainz）的研究人员现在已经开发出一种新方法，在这个测试过程中，他们将一个薄的磁性层覆于钢铁，因此，钢铁微观结构的变化可以通过磁效应的变化来检测。像铝这样的材料也可以通过这种方法进行测试。这项研究发表在Journal of Magnetism and Magnetic Materials杂志上。

钢是较常用的材料之一。该产品广泛应用于不锈钢、高强度淬火钢和低碳钢等多种型号。钢可以是具有磁性的，也可以是非磁性的。它们可以用于餐具，车辆部件或建筑物和桥梁的钢梁中。有时，钢铁会暴露在高温或高压之下。“这可能导致钢材微观结构的改变，产生裂缝或结构失效，”Marek Smaga博士说，他是由Tilmann Beck教授领导的凯泽斯劳滕（TUK）技术大学材料科学部的研究员。专家称，基于物质疲劳的背景下，这种损害较初只能在微观层面上观测到。即使有了磁测试方法，也不可能在早期发现非磁性钢的这种程度的变化。

来自TUK的工程师和来自约翰内斯古腾堡大学（JGU）的物理学家们在他们目前的研究中提出了一个解决方案。他们在非磁性材料上应用了磁效应。“有了磁性钢，就有可能在早期发现钢材料结构上的微观变化，”来自凯泽斯劳滕的博士生Shayan Deldar解释道。“即使是微小的变形也会改变磁性的性质。这可以通过特殊的传感器技术来测量。”

研究人员在非磁性钢板上涂覆了磁性薄膜，每个磁性薄膜厚度为20纳米，由terfenol-D（一种包含化学元素铽，铁和镝的合金）和坡莫合金（一种镍铁化合物）组成。然后研究人员使用克尔显微镜来检查钢中的应变是否可以在微观范围内被检测到。“这是通过克尔效应来实现的，”Smaga解释说，它允许磁性微结构，即所谓的域，通过旋转光的偏振方向来成像。”

科学家们研究了以前暴露在机械负荷下的磁性涂层钢板。“我们观察到磁场结构的一个特征变化，”美因茨约翰内斯腾堡大学物理研究所的Martin Jourdan博士解释说。“非磁性钢的微观应变会导致薄层磁化方向发生改变。”

与传统的测试方法相比，该方法具有在微观水平上更早地检测疲劳迹象的优点。研究人员的新方法可以用于未来的新测试技术。而且，不仅仅对非磁性钢有作用，其他材料如铝，钛和某些复合材料也可以设置这种层。