Forskere opdager nyt felt, der påvirker metals størkning

En grundlæggende opdagelse, der ændrer vores nuværende forståelse af, hvordan metaller størkner og danner krystallinske mønstre, kan hjælpe med at føre til bedre kontrol af støbe- og svejseprocesser. Det forklarer også, hvordan snefnug og mange mineralmønstre dannes naturligt.

Gennemgang af data fra hans 20-årige NASA-eksperiment, der involverer gentagen nedfrysning og smeltning af materialer med høj renhed i mikrogravitation, Martin Glicksman, forskningsprofessor i materialevidenskab og Allen Henry -stolen ved Florida Institute of Technology, arbejder med Kumar Ankit på School of Matter, Transport og energi ved Arizona State University, opdagede den måde, naturen styrer dannelsen af ​​komplekse mønstre i materialer, der krystalliserer.

Glicksman opdagede et energifelt, der påvirker alle krystalliserende stoffer, som han betegnede det forspændingsfelt, som han mener er naturens måde at guide cellulære og forgrenede dendritiske mikrostrukturer, der dannes under størkning af de fleste metaller og legeringer.

"I de sidste faser af smeltning, nålelignende krystaller ændrede sig pludselig til kugler, og så for første gang nogensinde, da vi så stationære partikler smelte i mikrogravitation og observerede deres temmelig bemærkelsesværdige formændring, "Sagde Glicksman.

"Jeg sagde, " han tilføjede, "'Der skal ske noget mere end bare støj.'"

Tidligere har og stadig, mange forskere mener, at det, der forårsager mønsterdannelse, er tilfældig støj - enhver lydvibration eller forstyrrelser, der virker på et størknende materiale. Glicksman og Ankit har fundet en subtil intern energikilde- forspændingsfeltet- der faktisk modulerer hastigheden af ​​fast/væske-grænsefladen på små skalaer og ender med at skabe bemærkelsesværdigt komplekse strukturer. Dette fund er blevet bekræftet teoretisk og selvom avancerede simuleringsmetoder.

"Vi var så heldige at udføre eksperimenter inden for mikrogravitation, hvor ideen om biasfelt oprindeligt blev foreslået for at forklare forekomsten af ​​usædvanlige smeltemønstre, "Glicksman sagde." Nu har vi en god termodynamisk teori og bevis for at bakke op om den idé. "

Glicksman og Ankit offentliggjorde for nylig deres fund, der beviser eksistensen af ​​forspændingsfelter i tidsskriftet Metaller .

Fordi processen med at størkne metaller producerer grenlignende indre mikro-mønstre, der forstyrrer den kemiske homogenitet af støbte materialer, at have en bedre forståelse af biasfeltets rolle i deres dannelse åbner veje for ingeniører til at foretage forbedringer i støbte og svejsede materialer, der almindeligvis bruges i alt fra biler og fly til medicinske instrumenter.

"Hvis vi forventer forbedringer i støbningens struktur, svejsninger og andre størkningsprocesser, vi har lært at kende og anvende den korrekte fysik, "Glicksman sagde." Denne opdagelse kan muligvis føre til metallurgiske procesforbedringer. "