Estados Unidos. Al unir dos piezas de metal, los metales deben fundirse un poco donde se encuentran o se debe introducir algo de metal fundido entre las piezas. Pero los investigadores del MIT han descubierto que, en algunas situaciones, la fusión puede inhibir la unión del metal en lugar de promoverlo.
El hallazgo podría tener serias implicaciones para el diseño de ciertos procesos de recubrimiento o para la impresión tridimensional, que requieren que los materiales se adhieran y permanezcan así.
La investigación fue llevada a cabo por los postdoctorados Mostafa Hassani-Gangaraj y David Veysset y los profesores Keith Nelson y Christopher Schuh.
Schuh, profesor de Metalurgia de Danae y Vasilis Salapatas y jefe del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales, explica que uno de los artículos describe "un avance revolucionario en la tecnología" para observar interacciones de muy alta velocidad, mientras que el otro hace uso de esa formación de imágenes de alta velocidad para revelar que la fusión inducida al impactar partículas de metal puede impedir la unión.
La configuración óptica, con una cámara de alta velocidad que utiliza 16 chips de procesamiento de imágenes de dispositivo de carga separada (CCD) y puede grabar imágenes en solo 3 nanosegundos, fue desarrollada principalmente por Veysset. La cámara es tan rápida que puede rastrear partículas individuales que se pulverizan sobre una superficie a velocidades supersónicas, una hazaña que antes no era posible. El equipo usó esta cámara, que puede disparar hasta 300 millones de fotogramas por segundo, para observar un proceso similar a la pintura en aerosol similar a los usados para aplicar un recubrimiento metálico a superficies en muchas industrias.
Si bien estos procesos son ampliamente utilizados, hasta ahora sus características se han determinado empíricamente, ya que el proceso en sí es tan rápido que "no se puede ver, no se puede decir lo que está sucediendo y nadie ha podido ver el momento cuando una partícula impacta y se pega ", dice Schuh. Como resultado, ha habido una controversia en curso sobre si las partículas de metal realmente se derriten cuando golpean la superficie a recubrir. La nueva tecnología significa que ahora los investigadores "pueden observar lo que está sucediendo, estudiarlo y hacer ciencia", dice.
Las nuevas imágenes dejan en claro que bajo ciertas condiciones, las partículas de metal que se rocían en una superficie realmente derriten la superficie y eso, inesperadamente, evita que se peguen. Los investigadores encontraron que las partículas rebotan en mucho menos tiempo de lo que tarda la superficie en resolidificarse, por lo que dejan la superficie que todavía está fundida.
Si los ingenieros descubren que un material de recubrimiento no se está uniendo bien, pueden inclinarse a aumentar la velocidad o la temperatura de pulverización para aumentar las posibilidades de fusión. Sin embargo, los nuevos resultados muestran lo contrario: se debe evitar la fusión.
Resulta que la mejor unión ocurre cuando las partículas que impactan y las superficies impactadas permanecen en un estado sólido pero se "salpican" hacia afuera de una manera que parece líquida. Fue una "observación reveladora", según Schuh. Ese fenómeno "se encuentra en una variedad de estos métodos de procesamiento de metales", dice. Ahora, está claro que "para pegar metal con metal, tenemos que hacer un chapoteo sin líquido. Un chapoteo sólido se pega, y uno líquido no. "Con la nueva capacidad de observar el proceso, Hassani-Gangaraj dice," con medidas precisas, podríamos encontrar las condiciones necesarias para inducir ese vínculo".
Los hallazgos podrían ser relevantes para los procesos utilizados para recubrir los componentes del motor con el fin de reutilizar las piezas desgastadas en lugar de relegarlas a la bandeja de chatarra. "Con un viejo motor de una gran máquina de movimiento de tierras, cuesta una fortuna tirarlo, y cuesta una fortuna derretirlo y refundirlo", dice Schuh. "En cambio, puede limpiarlo y utilizar un proceso de pulverización para renovar la superficie". Pero eso requiere que el recubrimiento rociado permanezca adherido de forma segura.
Además de los recubrimientos, la nueva información también podría ayudar en el diseño de algunos sistemas de fabricación de aditivos basados en metales, conocidos como impresión tridimensional. Allí, al igual que con los recubrimientos, es fundamental asegurarse de que una capa del material de impresión se adhiera sólidamente a la capa anterior.
Fuente: MIT.
