Al unir dos piezas de metal, los metales deben fundirse un poco donde se encuentran o se debe introducir algo de metal fundido entre las piezas. Luego se forma un enlace sólido cuando el metal se solidifica nuevamente. Pero los investigadores del MIT han descubierto que en algunossituaciones, la fusión en realidad puede inhibir la unión de metales en lugar de promoverla.
El hallazgo sorprendente y contraintuitivo podría tener serias implicaciones para el diseño de ciertos procesos de recubrimiento o para la impresión en 3D, que requieren que los materiales se peguen y se mantengan de esa manera.
La investigación, realizada por los postdocs Mostafa Hassani-Gangaraj y David Veysset y los profesores Keith Nelson y Christopher Schuh, se informó en dos artículos, en las revistas Cartas de revisión física y Scripta Materialia .
Schuh, quien es el profesor de metalurgia Danae y Vasilis Salapatas y jefe del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales, explica que uno de los documentos describe "un avance revolucionario en la tecnología" para observar interacciones de alta velocidad, mientras que elotro hace uso de esa imagen de alta velocidad para revelar que la fusión inducida por el impacto de partículas de metal puede impedir la unión.
Veysset desarrolló principalmente la configuración óptica, con una cámara de alta velocidad que usa 16 chips de imágenes de dispositivos con acoplamiento cargado CCD separados y puede grabar imágenes en solo 3 nanosegundos. La cámara es tan rápida que puede rastrear individuospartículas que se rocían sobre una superficie a velocidades supersónicas, una hazaña que antes no era posible. El equipo utilizó esta cámara, que puede disparar hasta 300 millones de fotogramas por segundo, para observar un proceso similar a la pintura en aerosol similar a los utilizados para aplicarun recubrimiento metálico para superficies en muchas industrias.
Si bien estos procesos se usan ampliamente, hasta ahora sus características se han determinado empíricamente, ya que el proceso en sí mismo es tan rápido "no se puede ver, no se puede decir lo que está sucediendo, y nadie ha podido verlo nuncael momento en que una partícula impacta y se pega ", dice Schuh. Como resultado, ha habido una controversia en curso sobre si las partículas de metal realmente se derriten cuando golpean la superficie a recubrir. La nueva tecnología significa que ahora los investigadores" pueden ver lo que haysucediendo, puede estudiarlo y hacer ciencia ", dice.
Las nuevas imágenes dejan en claro que, en algunas condiciones, las partículas de metal que se rocían en la superficie realmente funden la superficie, y eso, inesperadamente, evita que se peguen. Los investigadores descubrieron que las partículas rebotan en mucho menostiempo que tarda la superficie en resolidificarse, por lo que dejan la superficie que aún está fundida
Si los ingenieros descubren que un material de recubrimiento no se adhiere bien, pueden estar inclinados a aumentar la velocidad o temperatura de pulverización para aumentar las posibilidades de fusión. Sin embargo, los nuevos resultados muestran lo contrario: se debe evitar la fusión.
Resulta que la mejor unión ocurre cuando las partículas impactantes y las superficies impactadas permanecen en un estado sólido pero "salpican" hacia afuera de una manera que parece líquida. Fue "una observación reveladora", según Schuh. Ese fenómeno"se encuentra en una variedad de estos métodos de procesamiento de metales", dice. Ahora, está claro que "para pegar metal sobre metal, necesitamos hacer una salpicadura sin líquido. Una salpicadura sólida se pega y una líquida no".t. "Con la nueva capacidad de observar el proceso, dice Hassani-Gangaraj," mediante mediciones precisas, podríamos encontrar las condiciones necesarias para inducir ese vínculo ".
Los hallazgos podrían ser relevantes para los procesos utilizados para recubrir los componentes del motor con el fin de reutilizar las piezas desgastadas en lugar de relegarlas al contenedor de chatarra ". Con un motor viejo de una gran máquina de movimiento de tierra, cuesta una fortuna tirarlo elimina y cuesta una fortuna derretirlo y volverlo a fundir ", dice Schuh." En cambio, puede limpiarlo y usar un proceso de pulverización para renovar la superficie ". Pero eso requiere que el revestimiento pulverizado permanezca firmemente adherido.
Además de los recubrimientos, la nueva información también podría ayudar en el diseño de algunos sistemas de fabricación aditiva a base de metal, conocidos como impresión 3-D. Allí, como con los recubrimientos, es fundamental asegurarse de que una capa de la impresiónel material se adhiere sólidamente a la capa anterior.
"Lo que promete este trabajo es un enfoque preciso y matemático" para determinar las condiciones óptimas para garantizar un vínculo sólido, dice Schuh. "Es matemático en lugar de empírico".
El trabajo fue apoyado por el Ejército de EE. UU. A través del Instituto de Nanotecnologías para Soldados del MIT, la Oficina de Investigación del Ejército de EE. UU. Y la Oficina de Investigación Naval de EE. UU.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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