เมื่อวันที่ 19 กรกฎาคม 2566  วารสาร “Nature”  ซึ่งเป็นวารสารทางวิทยาศาสตร์ที่มีชื่อเสียงมายาวนานกว่า 150 ปีได้เผยแพร่ผลงานวิจัยที่ค้นพบว่า อันที่จริงแล้ว โลหะบริสุทธ์สามารถซ่อมแซมตัวเองได้ตามธรรมชาติในระดับนาโน จึงเป็นเรื่องที่ท้าทายมากสำหรับนักวิทยาศาสตร์ในการออกแบบโครงสร้างวัสดุ และโครงสร้างพื้นฐานด้านวิศวกรรมในอนาคต

เราคงเคยได้ยินมาว่านักวิทยาศาสตร์ได้สร้างวัสดุที่มีคุณสมบัติซ่อมแซมตัวเองได้คือพลาสติก แต่โดยทั่วไปแล้ว โลหะที่ซ่อมแซมตัวเองได้ จะพบได้แต่ในภาพยนตร์ไซไฟอย่างเรื่อง Terminal 2: Judgment Day เท่านั้น

ย้อนกลับไปในปี 2556 (ค.ศ.2013) ไมเคิล เดมโควิซ ศาสตราจารย์มหาวิทยาลัยเท็กซัสเอแอนด์เอ็มและอดีตผู้ช่วยศาสตราจารย์ที่ภาควิชาวัสดุศาสตร์และวิศวกรรมศาสตร์ของสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (MIT) ได้นำเสนอทฤษฎีโลหะสามารถซ่อมแซมตัวเองได้เอาไว้ซึ่งมีสาระสำคัญคือ “ภายใต้เงื่อนไขบางประการ โลหะควรจะสามารถเชื่อมรอยปิดร้าวที่เกิดจากการสึกหรอได้ด้วยตัวเอง”  10 ปีต่อมา คือในปี 2566 นี้ ทฤษฎีดังกล่าวได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็นความจริง

การค้นพบดังกล่าวเกิดขึ้นกับโลหะประเภท “แพลตินัม” ซึ่งเป็นผลงานวิจัยจากห้องปฏิบัติการแห่งชาติแซนเดีย และมหาวิทยาลัยเท็กซัสเอแอนด์เอ็ม โดยทีมวิจัยได้เห็นกับตาว่าชิ้นส่วนโลหะที่เสียหายจากการสึกหรอในระดับนาโน ได้หลอมรวมเข้าด้วยกันเองโดยไม่มีมนุษย์เข้าแทรกแซง การค้นพบครั้งนี้จึงมีความหมายเป็นอย่างมากต่อโครงสร้างพื้นฐานด้านวิศวกรรม รวมไปถึงประดิษฐกรรมยานยนต์ต่าง ๆ

แบรด บอยซ์ นักวิจัยในทีมของไมเคิล เดมโควิซ กล่าวว่า เราจะพบว่า นับตั้งแต่โครงสร้างจำพวกข้อต่อประสานในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์  เครื่องยนต์ของยานพาหนะ ไปจนถึงสะพานข้ามแม่น้ำที่เราขับรถยนต์ผ่านไป มักจะล้มเหลวอย่างคาดเดาไม่ได้อันเนื่องมาจากการรับน้ำหนักแบบวนซ้ำ ๆ และนำไปสู่จุดเริ่มต้นของรอยแตกแยกจนกระทั่งเกิดการแตกหักในที่สุด สิ่งที่ตามมาคือผู้คนต้องเสียทั้งเวลาและค่าใช้จ่ายไปกับการเปลี่ยนอะไหล่ของอุปกรณ์ ยานยนต์ หรือชิ้นส่วนในโครงสร้างพื้นฐานด้านวิศวกรรมต่าง ๆ บางกรณีถึงขั้นบาดเจ็บหรือเสียชีวิต ซึ่งส่งผลกระทบต่อเศรษฐกิจและสังคมนับเป็นมูลค่ามหาศาล

ถึงอย่างนั้นก็ตาม “มาตรฐาน” ได้มีส่วนช่วยในการป้องกันปัญหาดังกล่าวโดยมาตรฐานสามารถสนับสนุนการทดสอบความล้าของโลหะและอนุภาคโลหะได้ ตัวอย่างเช่น  มาตรฐานสากล ISO 11782-1, Corrosion Of Metals And Alloys – Corrosion Fatigue Testing – Part 1: Cycles To Failure Testing ซึ่งให้คำแนะนำเกี่ยวกับการทดสอบความล้าจากการกัดกร่อนของโลหะและโลหะผสมในสภาพแวดล้อมที่เป็นน้ำหรือก๊าซ และเกี่ยวข้องกับวงจรการทดสอบความล้มเหลว

สำหรับการทดสอบการแพร่กระจายของรอยแตกจะอยู่ในมาตรฐาน ISO 11782-2, Corrosion Of Metals And Alloys – Corrosion Fatigue Testing – Part 2: Crack Propagation Testing Using Precracked Specimen  มาตรฐานนี้ได้รับการจัดทำขึ้นโดยคณะกรรมการวิชาการ ISO/TC 156, Corrosion of metals and alloys

ส่วนมาตรฐานวิธีทดสอบ  ทวนสอบ และสอบเทียบความแข็งบริเนลล์ของวัสดุโลหะ จะอยู่ในมาตรฐาน ISO 6506-1, Metallic materials – Brinell hardness test – Part 1: Test method, มาตรฐาน ISO 6506-2, Metallic materials – Brinell hardness test — Part 2: Verification and calibration of testing machines และมาตรฐาน ISO 6506-3, Metallic materials – Brinell hardness test — Part 3: Calibration of reference blocks  ซึ่งมาตรฐานทั้ง 3 ฉบับนี้ได้รับการจัดทำขึ้นโดยคณะกรรมการวิชาการ ISO/TC 164/SC3, Hardness testing โดยสถาบันมาตรฐานแห่งชาติของประเทศสหรัฐอเมริกา หรือ ANSI ได้มีส่วนในการบริหารจัดการกลุ่มที่ปรึกษาทางวิชาการให้คณะกรรมการวิชาการของไอเอสโอ

มาตรฐานของประเทศสหรัฐอเมริกาที่เกี่ยวข้องกับการทดสอบความแข็งบริเนลล์ของวัสดุโลหะก็มีเช่นกัน ได้แก่ ASTM E10-18, Standard Test Method For Brinell Hardness Of Metallic Material

เราจะพบว่ามีมาตรฐานเป็นจำนวนมากที่หน่วยงานพัฒนามาตรฐานได้กำหนดขึ้นมาสำหรับทดสอบอนุภาคโลหะซึ่งครอบคลุมผงโลหะ การตรวจสอบพื้นผิวโลหะ และอนุภาคแม่เหล็ก ดังจะเห็นได้ว่าองค์กรที่มีชื่อว่า  SAE International (ชื่อเดิมคือ Society of Automotive Engineers ซึ่งเป็นสมาคมวิชาชีพและองค์กรพัฒนามาตรฐานที่มีสำนักงานหลักอยู่ที่สหรัฐอเมริกา)  ได้ทำงานเกี่ยวกับมาตรฐานต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับเหล็กกล้า เหล็กเส้น การตีขึ้นรูป ท่อ และอนุภาคแม่เหล็ก รวมถึง SAE AMS 2442A-2007, Magnetic Particle Acceptance Criteria for Parts ซึ่งโดยทั่วไปแล้ววัสดุที่เกิดจากการเปลี่ยนรูปอย่างการตี การรีด หรือการปั๊ม จะมีความอ่อนไหวต่อความไม่ต่อเนื่องเป็นอย่างมาก โดยที่เกณฑ์ตามมาตรฐานนี้มักใช้กับชิ้นส่วนการบินและอวกาศ จึงต้องมีเกณฑ์การตรวจสอบที่เข้มงวดเป็นอย่างมาก

อย่างไรก็ตาม เนื่องจากกระบวนการซ่อมแซมเยียวยาตัวเองของโลหะที่สึกหรอในระดับนาโนนั้น ยังไม่ได้รับการพิสูจน์ว่าจะกลายเป็นสิ่งที่นำไปใช้งานได้จริงหรือไม่ในงานวิศวกรรมโครงสร้างพื้นฐานหรือภาคอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้อง ดังนั้น มาตรฐานเกี่ยวกับโลหะในอนาคต ก็จะต้องได้รับการพัฒนาให้สอดคล้องกับนวัตกรรมที่จะเกิดขึ้นใหม่ต่อไป  แต่สิ่งที่น่าตื่นเต้นสำหรับคนทั่วโลกก็คือ การค้นพบของไมเคิล เดมโควิซอาจก่อให้เกิดการพัฒนาสิ่งใหม่ ๆ ที่โลกของเราไม่เคยทำได้มาก่อนก็เป็นได้

ที่มา:  1. https://www.pptvhd36.com/news
2.https://www.ansi.org/standards-news/standards-spotlight/2023/07/7-31-23-what-could-self-healing-metals-mean-for-the-future-of-engineering

Related posts

• อุตสาหกรรมร่วมใจ แก้ไขปัญหาโลกร้อน ตอนที่ 2
• ปรับปรุงใหม่ มาตรฐานวิธีวัดคาร์บอนฟุตพริ้นท์ของผลิตภัณฑ์
• มาตรฐานเพื่อโลกอนาคตที่เชื่อมต่อกันด้วย IoT ตอนที่ 2
• มาตรฐานนำสิ่งที่ดีสู่ชีวิต ตอนที่ 2
• อุตสาหกรรมไวน์สร้างอนาคตด้วยมาตรฐาน ISO 26000 ตอนที่ 2

Tags: Alloys, Brinell Hardness, Hardness testing, ISO, ISO 11782-1, ISO 11782-2, ISO 6506-1, ISO 6506-2, ISO 6506-3, Materials, Metal, standard, Standardization