Forskere fanger mikroskopiske produktionsfejl via højhastigheds røntgenfilm
Figur 1MHz røntgenbilleder af metalsprøjt af Ti-6Al-4V under laserbehandling. Fire begivenheder kan udtrækkes. Begivenhed nr. 01 (himmelblå stiplede rektangler):Et fremspring dannes ved den øverste overflade og løber ned langs den forreste nøglehulsvæg, ledsaget af, at nøglehulsmorfologien skifter fra en J-lignende form til en omvendt trekantlignende form. Begivenhed nr. 02 (lilla stiplede rektangler):Et følgende fremspring vises, vokser, og falder sammen omkring nøglehullets vandrette midte. Et mininøglehul på toppen af fremspringet er omridset af en lys gul stiplet kurve. Begivenhed nr. 03 (mørkeblå pile):Den lokale krumning på den bagerste nøglehulsvæg ændres. Begivenhed nr. 04 (lysegrønne stiplede og solide rektangler):Smeltebånd dannes, forlænges, og bryd op i stænk (lysegrønne stiplede cirkler nummereret SP01–SP05). En separat begivenhed KP (himmelblå solide rektangler) beskriver dannelsen og forsvinden af en nøglehulspore. Laserstrålen scanner fra venstre mod højre, med spotstørrelse på ca. 80μm (1/e2), effekt på 210 W, og scanningshastighed på 500 mm/s. Billedhastigheden er 1,087 × 10^6 billeder pr. Sekund, synkroniseret med røntgenpulser. Hvert enkelt billede genereres af en enkelt røntgenpuls (pulsbredde ca. 100 ps). Alle billeder vist her er baggrundskorrigerede ved hjælp af billederne indsamlet før lasersmeltningen. Kontrasten vendes derefter for at fremhæve begivenhederne omkring nøglehullet. Ramme-for-ramme-billeder såvel som skematiske illustrationer er dokumenteret i Supplerende Materiale Fig. S3 og S4 og Video S2 [6].
Mikroskopiske defekter, der opstår i laserbaseret fremstilling af metaldele, kan føre til store problemer, hvis de ikke opdages, og processen med at rette disse fejl kan øge tiden og omkostningerne ved højteknologisk fremstilling. Men ny forskning i årsagen til disse fejl kan føre til et middel.
Forskere fra Missouri S&T, Argonne National Laboratory og University of Utah skabte højhastigheds røntgen "film" af et fremstillingsfænomen kendt som lasersprøjt. Lasersprøjtning refererer til udstødning af smeltet metal fra en pool opvarmet af en laser med høj effekt under laserbaserede fremstillingsprocesser, såsom lasersvejsning og laser-additiv fremstilling. Disse laserfremstillingsteknologier bruges til at fremstille dele til brug i en række forskellige industrier, inklusive rumfart, bilindustrien, sundhed og byggeri.
Forskerne beskriver deres fund i et papir, der blev offentliggjort i dag (fredag, 14. juni, 2019) i bladet Fysisk gennemgang X .
Ved hjælp af røntgenbilleder, forskerne fangede sprøjteadfærden af en titanlegering kendt som Ti-6Al-4V under fremstillingen. Deres mikroskopiske film afslører "en ny mekanisme til lasersprøjtning-hovedeksplosionen af et tungelignende fremspring", der dannes i et område af metallet, siger forskerne i deres papir, med titlen "Masseeksplosion induceret metalsprøjt under laserbehandling."
] "Den nyopdagede mekanisme vil styre udviklingen af metoder til at afbøde defektdannelse i svejsninger og additivt fremstillede dele, " siger Dr. Lianyi Chen, assisterende professor i mekanisk og rumfartsteknik ved Missouri S&T og en af papirets tilsvarende forfattere.
Dr. Lianyi Chen, Missouri S&T adjunkt i mekanik og rumfartsteknik, i sit laboratorium. Foto af Sam O’Keefe/Missouri S&T
Chen samarbejdede med Dr. Tao Suns team ved Argonne National Laboratory og Dr. Wenda Tans team ved University of Utah om forskningen. Gruppen skabte billederne ved hjælp af en højenergi synkrotron røntgenstråle på Argonne National Lab sammen med billedanalyse og numeriske simuleringer. Forskere ved Argonne-anlægget anvender røntgenspredningsteknikker til at studere materialer.
"Den høje penetrationsevne af hårde røntgenstråler og de høje opløsninger af billedteknikken gør det muligt for os, for første gang nogensinde, at forbinde den sprøjtende adfærd over overfladen med dynamik under overfladen og inde i titaniumprøven, " siger Chen.
Varme artikler
-
Partikelacceleratorteknologi kan løse et af de mest irriterende problemer ved at bygge kvantecomput…Superledende radiofrekvente hulrum, som den der ses her, bruges i partikelacceleratorer. De kan også løse et af de største problemer, der står over for en succesfuld udvikling af en kvantecomputer:dek -
Magnetisme møder topologi på en superlederoverfladeEn illustration, der afbilder en topologisk overfladetilstand med et energibåndsgab (et energiområde, hvor elektroner er forbudt) mellem toppen af de øverste og tilsvarende bundkegler (tilladte ener -
Forskere opdager, hvordan man skelner stråler af sammenfiltrede fotonerFoto af spredningsbilledet. Kredit:Pavel Prudkovskii Et team fra Det Fysiske Fakultet, MSU, har udviklet en metode til at oprette to stråler af sammenfiltrede fotoner til at måle forsinkelsen mell -
Tilbageaktion observeret for første gang i sort hul-simulering i vandtankLaboratorieeksperiment ved hjælp af vandtanksimulering for at demonstrere tilbagereaktion. Kredit:University of Nottingham Forskere har afsløret ny indsigt i sorte hullers adfærd med forskning, de
- No-go-advarsel, da vulkanen i Japan bryder ud for første gang i 250 år
- Blandet halogenidkemi kan bruges til at kontrollere magnetisme i ultratynde magnetiske enheder
- En ny facet af brændselscellekemi
- Forskere tager stanken ud af spildevandsrensning
- Timing af næste Virgin Galactic-flyvning er stadig oppe i luften
- Kvanteelektrodynamik-eksperiment er et stort skridt i retning af implementering i stor skala