Ny viden: Smeltning kan skade sammenføjning
Af Laurids Hovgaard
Når man skal binde to stykker metal, sker processen oftest ved at smelte en del af de to stykker metal, når de mødes eller ved at tilføre en smule smeltet metal mellem de to stykker metal. Det skaber en solid binding, når de to stykker metal størkner igen.
Men nu har forskere ved det amerikanske universitet Massachusetts Institute of Technology (MIT) opdaget, at smeltning i nogle situationer kan hæmme metalbindingen i stedet for at styrke den.
Den overraskende og næsten selvmodsigende opdagelse kan få en stor betydning for bestemte overfladebehandlingsprocesser.
Forskningen fra MIT er publiceret i de anerkendte tidsskrifter Physical Review Letters og Scripta Materialia. Christopher Schuh, professor i metallurgi og leder af afdelingen Materials Science and Engineering, forklarer, at den nye viden er kommet, fordi man er blevet i stand til at observere ekstremt hurtige interaktioner med nye kameratyper, og dermed kan se, hvad der sker med partiklerne, når metallerne sammenføjes.
Kameraerne kan optage billeder på ned til tre nanosekunder og kan skyde op til 300 millioner frames per sekund, så man kan observere, hvad der sker, for eksempel i en spraymalings-lignende proces, der minder om dem, der bruges til overfladebehandling i industrien.
- Nu kan vi se, hvad der faktisk sker, vi kan studere det, og vi lave udføre forskning på området, siger Christopher Schuh.
Undgå smeltning
De nye billeder gør det tydeligt, at metalpartiklerne, der bliver sprayet på overfladen, rent faktisk smelter overfladen, og at det, mod forventning, faktisk betyder, at metallet binder dårligere.
Forskerne kan se, at partiklerne kastes væk på kortere tid, end overfladen bruger på at størkne, så partiklerne forlader den smeltede overflade. Når ingeniører opdager, at et overflademateriale ikke binder godt, vil de være tilbøjelige til at øge spray-hastigheden, eller temperaturen for at øge chancen for at opnå en smeltning, og risikoen for dårlig binding stiger ifølge studiet.
For de nye forskningsresultater dokumenterer det stik modsatte, nemlig at man så vidt muligt skal undgå smeltning.
Det har vist sig, at den bedste binding sker, når metalpartiklerne og overfladerne forbliver i en fast form, og kun "plasker" ud, men uden at være i en flydende væskeform.
- Det var en øjenåbner. Fænomenet er fundet i en række metalbearbejdende processer, og nu er det klart, at vi skal lave et plask, men uden metallet bliver til en væske. Med de nye muligheder for at observere processen med præcise målinger, kan vi identificere, hvilke forhold der er nødvendige for at inducere bindingen, siger Mostafa Hassani-Gangaraj, postdoc ved MIT.
Opdagelsen kan være relevant for processer, der bruges til at overfladebehandle blandt andet brugte motorkomponenter. På den måde kan man undgå at skulle smelte dem om.
- Det koster en formue at smide en ældre motor fra en stor maskine ud, og det er dyrt at omsmelte og omdanne den. I stedet kan du rense den og bruge en spray-proces til at forny overfladen. Men det kræver, at overfladesprayen fortsat binder, siger Christopher Schuh.
