Løsningen på et forvirrende fænomen kan åbne døren til forbedret koldsprøjteeffektivitet

Et internationalt forskerteam har løst et gådefuldt fænomen, hvor underligt smukt, hvirvellignende strukturer vises mellem materialer deponeret på ingeniørkomponenter, der bruges i flere indstillinger-fra rumfærger til husholdningsartikler og dagligdags transportkøretøjer.

Opdagelsen kan i sidste ende forbedre effektiviteten af ​​den "kolde spray" (CS) aflejringsproces, som disse strukturer dannes fra-en ikke ubetydelig betragtning ud fra et økonomisk perspektiv, eller fra en funktionel, da nogle af de materialer, der er skabt af CS, skubbes til grænsen i det ydre rum.

Opdagelsen findes på forsiden af ​​international journal, Materialer og design.

Kold spray (CS) og deponeringseffektivitet (DE)

CS muliggør dannelse af belægninger, typisk metallisk, over et substratmateriale. Teknikken er yderst nyttig, da den ikke kræver, at ingeniører når smeltetemperaturen for materialer for at kombinere belægninger og substrater.

Partikler (eller metalpulver) med en typisk diameter på cirka ½ på størrelse med et menneskehår drives med supersonisk hastighed via en accelererende gas over en substratoverflade.

Plastisk deformation er nøglen i denne proces; hver lille partikel deformeres ved stød og udløser en kompleks bindingsproces, der resulterer i substratadhæsion og partikel-partikeladhæsion, efter at et første aflejringslag er dannet.

Imidlertid, ikke alle partikler klæber til. Aflejringseffektiviteten (DE) måler forholdet mellem aflejring og rebound. For eksempel, en DE på 50% betyder, at kun 50% af partiklerne, der kommer i flux, har klæbet til coatingzonen.

Ineffektivitet i processen er en stor hindring, da det er en dyr teknik, så effektivisering (og nedbringelse af omkostninger) er et centralt forskningsfokus.

De hvirvellignende strukturer

I lang tid har ingeniører observeret mærkelige, hvirvellignende strukturer ved grænsefladeplaceringen, mellem belægningerne og substraterne. De er meget mindre end partiklerne, der præsenterede et puslespil:hvad er de, og hvordan dannes de?

Hvad mere er, disse strukturer vises ikke altid og når de gør, de dukker op på en ret tilfældig måde.

Rocco Lupoi, Lektor i Trinity College Dublins ingeniørskole, hvem er arbejdsleder, gik sammen med tætte kolleger og eksperter i Kina, USA, Tjekkiet og med Advanced Microscopy Laboratory (AML) i Trinity for at løse gåden.

Han sagde:"Vi opdagede, at grænsefladevirvlerne kun dannes, når CS -processen ikke fungerer særlig godt, og har dermed lave DE -værdier. Under lav aflejringseffektivitet, de fleste af de sprøjtede partikler vender tilbage efter deres påvirkning. Ved at forårsage alvorlig plastisk deformation af første lags belægning og substrat resulterer dette i en 'hammereffekt', hvilket fører til dannelsen af ​​hvirvlerne.

"Denne formation afhænger også af kombinationen af ​​belægning-substratmateriale, hvor belægningsmaterialerne skal have tilstrækkelig høj densitet til at generere tilstrækkelig energi til at skabe stor plastisk deformation af første lags belægning og substrat. Derudover kan substratmaterialerne kan ikke være for hårde, så plastisk deformation kan induceres på det.

"Potentielt, vores opdagelse kan bidrage til at forbedre vedhæftningen mellem de koldsprøjtede belægninger og substraterne. For at drage fordel af dette, samtidig med at der opretholdes en rimelig procesøkonomi, man kunne først oprette en blandingsgrænseflade gennem lav DE-aflejring, efterfulgt af produktion af belægningen ved hjælp af optimerede behandlingsparametre. "

Shuo Yin, Lektor på Trinity's School of Engineering, der er den første forfatter i avisen og hovedforskeren i dette arbejde tilføjede:"Dette var en stor tværfaglig indsats og har kastet lidt lys over et fænomen, der havde forvirret samfundet i nogen tid. CS-processen fungerer ikke via smeltning af råmaterialet, hvilket er fordelagtigt, fordi det betyder, at der er begrænset til ikke-varmepåvirkede zoner, mikrostrukturelle ændringer, eller forvrængninger at bekymre sig om på slutprodukterne.

"På trods af fremskridt, CS forbliver en proces under udvikling, så en del af vores arbejde er fokuseret på at forbedre aflejringsevnen, belægningskvalitet og substrat-belægningsbindingsstyrke. Vi håber, at denne opdagelse åbner døren for yderligere forbedringer på den front. "