Доцент профессор Мостафа Хасани (слева) и докторант Ци Тан работают с настраиваемой лазерной оптической платформой для запуска сверхзвуковых микропроектитов и изучают, как высокоскоростные металлические столкновения образуют твердотельные связи. Кредит: Корнелльский университет
По данным New Cornell Research, не всегда лучше, когда речь идет о высокоскоростной материаловедении, показывает, что крошечные частицы металлов связываются лучше с точной сверхзвуковой скоростью.
В промышленных процессах, таких как холодное распылительное покрытие и аддитивное производство, крошечные металлические частицы перемещаются с экстремальными скоростями и хлопают на поверхность с такой силой, что они объединяются вместе, образуя прочные металлические связи. Это быстрое, высокоэнергетическое столкновение создает слои материала, создавая прочные, высокопроизводительные компоненты. Понимание того, как и почему эти связи формируются, а иногда и терпят неудачу, может помочь оптимизировать методы производства и привести к более сильным материалам.
В исследовании, опубликованном 31 марта в Труды Национальной академии наукУченые Корнелла выпустили алюминиевые частицы, каждая в диаметре около 20 микрометров, на алюминиевую поверхность со скоростью до 1337 метров в секунду, что за пределами скорости звука-и использовали высокоскоростные камеры для записи ударов.
Результаты показали, что прочность связей неуклонно увеличивалась по мере роста скорости удара, но по мере увеличения скорости возрастает более 1060 метров в секунду, прочность связи начала снижаться. На 1337 метров в секунду частицы едва прилипали к поверхности.
«Это было полное удивление», — сказал старший автор Мостафа Хасани, доцент в Школе машиностроения и аэрокосмической инженерии Sibley, а также в Департаменте материаловедения и инженерии, как в Cornell Engineering.
«Ожидалось, что по мере того, как вы подходите выше, вы должны получить лучшее качество связи», — сказал Хасани. «Это исследование показывает, что на самом деле существует пик прочности связи и более высокой скорости не обязательно приводит к более высокой сильной стороне».
Запускная прокладка микропроекта в лаборатории Hassani Group может выстрелить в частицы металлов на сверхзвуковых скоростях и захватывать удар с использованием высокоскоростных камер. Кредит: Чарисса Кинг-О’Брайен/Корнелл Инжиниринг
Исследователи приписывают это снижение силы связи с явлением, называемым усиленным эластичным восстановлением. При чрезвычайно высоких скоростях поверхностный материал теряет часть своей способности поглощать энергию посредством деформации, и вместо этого больше энергии сохраняется в виде упругого деформации, в результате чего частицы отрываются назад после удара. Этот эффект отскока растягивает и повреждает интерфейс, ослабляя связь.
В некоторых промышленных процессах чрезвычайно высокие скорости могут разрушать или даже растопить поверхность, предотвращая правильную связь. Ци Тан, докторант и ведущий автор исследования, сказал, что новые результаты могут помочь оптимизировать производственные процессы, предоставив понимание того, почему происходит эрозия.
«Раньше люди в промышленности могли предположить, что эрозия вызвана быстрыми частицами частиц через поверхность субстрата или таянием на границе раздела»,-сказал Тан. «Но теперь мы видим, что когда вы даете сверхвысокую скорость частицы, повышенная тенденция восстановления может привести к отсоединению ранее связанной частицы, предотвращая наращивание материала».
В то время как исследование было сосредоточено на алюминии, исследователи заявили, что механизм, ответственный за пиковую скорость связи, вероятно, универсален для всех металлов и сплавов. В последующих исследованиях будет изучено, как размер частиц влияет на результаты, и исследуют потенциальные способы разработки как частиц, так и поверхности субстрата, чтобы максимизировать прочность связи.
Больше информации:
Ци Тан и др., Прочность связи, вызванная воздействием микрочастиц в пике металлов со скоростью, Труды Национальной академии наук (2025). Doi: 10.1073/pnas.2424355122
Информация журнала:
Труды Национальной академии наук, предоставленных Корнелльским университетом
Цитирование: Сверхзвуковое ограничение скорости для сильной металлической связи выявило (2025, 1 апреля) извлечен 2 апреля 2025 года из этого документа подлежит авторским правам. Помимо каких -либо справедливых сделок с целью частного исследования или исследования, никакая часть не может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только для информационных целей.
