Metal for gummiagtigt til at skære? Tegn på det med en Sharpie eller limpind, siger videnskaben

Dine daglige permanente markører, limpinde og pakningstape kan tilbyde en overraskende lavteknologisk løsning på en langvarig gene i fremstillingsindustrien:Fremstilling af blød og sej, eller såkaldte "gummy" metaller lettere at skære.

Det, der gør blæk og klæbemidler effektive, er ikke deres kemiske indhold, men deres klæbeevne til overfladen af ​​ethvert gummimetal, såsom nikkel, aluminium, rustfrit stål eller kobber, forskere ved Purdue University og University of West Florida finder i en undersøgelse for nylig offentliggjort i Fysisk gennemgang anvendt .

Disse klæbemidler hjælper med at opnå en glattere, renere og hurtigere klipning end de nuværende bearbejdningsprocesser, påvirker applikationer lige fra fremstilling af ortopædiske implantater og kirurgiske instrumenter til rumfarts komponenter.

"En lang række produkter er afhængige af bearbejdning af gummimetaller. Det kan være noget, vi bruger hver dag, såsom ventilen i en vask vandhane, eller noget mere kritisk som en kompressordel i jetflymotoren i et fly, "sagde James Mann, assisterende professor i maskinteknik ved University of West Florida og Purdue alumnus.

Hvis der kan foretages en markant forbedring af "bearbejdeligheden" af gummimetaller eller legeringer - hvilket er hvor godt de skærer, bor eller slib - så er der potentiale til at sænke produktomkostningerne, forbedre deres ydeevne eller muliggøre nye og forbedrede designs.

"Gummimetaller deformerer karakteristisk på en meget svingende måde, "sagde Srinivasan Chandrasekar, Purdue professor i industriel teknik. "Denne svingende strøm indebærer et betydeligt energiforbrug, hvilket betyder, at disse metaller kræver mere kraft til at bearbejde end endda nogle hårde metaller. Vi var nødt til at finde en måde at undertrykke denne svingende strøm. "

At slippe af med wiggles betyder, at metallet nu har en tendens til at virke mere som en sprød keramik eller et glas på det sted, hvor det skal skæres.

En velkendt måde at gøre det gummiagtige metal sprødt på er at belægge det med et egnet flydende metal, såsom gallium i tilfælde af aluminium. Flydende metaller som disse, imidlertid, har tendens til at fungere for godt; diffunderer gennem overfladen og får hele metallet til at smuldre til et pulver.

"Dette gør det metal, der bearbejdes, ubrugeligt, "Sagde Chandrasekar.

Andre forsøg med begrænset succes havde en tendens til enten at være giftige eller resultere i rifter og revner på den bearbejdede overflade. Forskerne begyndte derefter at undersøge andre godartede kemiske medier, der ville skære renere.

Mærkning med blæk eller påsætning af klæbemiddel på metallets overflade reducerede dramatisk skærekraften, uden at hele metallet faldt fra hinanden, efterlader et rent snit på få sekunder. Kvaliteten af ​​den bearbejdede overflade blev også stærkt forbedret.

Klæbrighed skilte sig oprindeligt ikke ud som en løsning, som permanente markører, limpinde og tape har til fælles.

"Vi kiggede på de kemiske ingredienser i det permanente blæk, isoleret hver af dem på metallets overflade, og der var ingen mærkbar effekt, "sagde Anirudh Udupa, hovedforfatter på undersøgelsen og en postdoktor i Purdue's School of Industrial Engineering. "Så vi indså, at det ikke er et bestemt kemikalie, men selve blækket, der klæber til metallet gennem en fysisk adsorptionsmekanisme."

Sharpie og klæbemidler syntes også at virke på mange gummimetaller, uanset skæreværktøjet.

"Set i bakspejlet, vi kan fortælle dig, hvorfor visse ting ikke var vellykkede i tidligere arbejde. Det hele kommer tilbage til eksistensen af ​​denne slingrende strøm, "sagde Koushik Viswanathan, Purdue postdoktor i industriel teknik. "Nogle mennesker har måske forsøgt at skære kobber, for eksempel, det var i hård tilstand frem for i blød tilstand. "

Til forskernes viden, ved hjælp af permanente markører, lim eller tape for at gøre gummimetaller lettere at bearbejde udgør ingen miljøfarer.

Næste, Chandrasekars gruppe vil vurdere graden af ​​klæbrighed, der fungerer bedst til at skære gummimetaller og undersøge måder at fremme anvendelsen af ​​denne teknologi i industriel praksis.