Stel je voor dat je de structurele integriteit van een vliegtuig kunt controleren, schip of brug, zonder het te hoeven demonteren of materiaal te verwijderen om te testen, die de structuur verder in gevaar kunnen brengen. Dat is de belofte van een nieuwe op laser gebaseerde techniek die chemici ontwikkelen om verborgen schade in metalen aan het licht te brengen.

De onderzoekers presenteren hun werk vandaag op de 253e National Meeting &Exposition van de American Chemical Society (ACS).

"Metalen zijn vaak onderhevig aan mechanische stress of vermoeidheid waardoor ze structureel kunnen verzwakken, maar dat zie je niet alleen door ernaar te kijken, "James E. Patterson, doctoraat, zegt.

Een voorbeeld uit de praktijk is een vliegtuig van de Amerikaanse luchtmacht dat tijdens de vlucht onbedoeld ondersteboven werd gekeerd. een prestatie waarvoor het niet is ontworpen. De manoeuvre overtrof de specificaties voor de stresstolerantie van het vliegtuig, Patterson zegt, maar er was geen manier om te weten of de inversie onderdelen daadwerkelijk genoeg had beschadigd om het vliegtuig te laten crashen tijdens een toekomstige vlucht. Dus het hele miljoenen dollars kostende vliegtuig moest worden gesloopt.

"Dat is waar niet-destructief testen om de hoek komt kijken, " zegt Patterson, die aan de Brigham Young University zit. NDT, zoals het bekend is, is al een miljardenindustrie, merkt hij op. Huidige technieken om materialen te inspecteren zonder ze te beschadigen, zijn onder meer röntgenbeeldvorming, die microscopisch kleine scheurtjes in metalen kan detecteren. Maar de methode is duur, vereist afscherming van de röntgenstralen en is moeilijk aan te passen voor gebruik in het veld. Andere NDO-technieken geven dubbelzinnige resultaten en vereisen hoogopgeleide technici, hij zegt.

Zijn team vertrouwt in plaats daarvan op een spectroscopische methode die bekend staat als tweede harmonische generatie (SHG), die de golflengte van het licht verandert. Een van Pattersons afgestudeerde studenten, Shawn Averett, realiseerde zich dat de techniek kan worden aangepast om te zoeken naar tekenen van interne schade in metalen. Averett en studenten Scott D. Smith en Alex Farnsworth werken samen met Patterson aan het project.

Ze beginnen met het schijnen van groen laserlicht op een metalen monster. Via SHG, het metaal zet een deel van het invallende licht om in ultraviolet licht, die terugkaatst van het metaal samen met het resterende groene licht. "De hoeveelheid omzetting hangt af van de eigenschappen van het metaal, en als die eigenschappen zijn veranderd door een of andere vorm van stress, we kunnen dat detecteren in het geconverteerde licht, ", legt Patterson uit. Tests tot nu toe wijzen uit dat de techniek onderscheid kan maken tussen metalen onderdelen die nog intact zijn en onderdelen die onomkeerbaar beschadigd zijn en vervangen moeten worden. De onderzoekers zeggen dat hun methode gevoeliger is dan bestaande NDO-technieken en dus eerder kan waarschuwen voor gevaar .

Met enkele verdere verfijningen, de methode zou toepassingen kunnen hebben in de lucht- en ruimtevaartindustrie, waar vlakke delen routinematig na een bepaalde hoeveelheid gebruik worden vervangen om catastrofale mislukking te vermijden, zegt Patterson. Het vervangingsschema is gebaseerd op de gemiddelde prestatie van meerdere van dezelfde componenten, in plaats van de feitelijke toestand van dat individuele onderdeel. De SHG-methode zou kunnen worden gebruikt om te controleren of een bepaald onderdeel echt versleten is of nog een nuttige levensduur heeft, tijdwinst opleveren, geld en materiaal.

Het team van Patterson onderzoekt ook toepassingen met de Amerikaanse marine. De aluminium/magnesiumlegering die in marineschepen wordt gebruikt, kan onzichtbare corrosie ondergaan met ernstige gevolgen. "Er zijn verhalen over iemand die langs een metalen dek loopt en op de verkeerde plek stapt, en een groot stuk dat door het dek beneden valt, "zegt hij. "Er ontstaan ​​ook scheuren in muren. En zodra er zichtbare scheuren ontstaan, het is vaak te laat om de schade ongedaan te maken."

De onderzoekers hopen hun techniek te ontwikkelen tot een draagbaar systeem dat aangeeft of een gescand object in goede staat is. "In principe, je zou rond kunnen gaan met een toverstok en wat glasvezel en grote delen van een schip kunnen scannen op verborgen schade, ", zegt Patterson. Andere potentiële structuren die met de technologie kunnen worden geëvalueerd, zijn onder meer oliepijpleidingen, bouwcomponenten en bruggen.