Al unir dos piezas de metal, o los metales deben fundirse un poco donde se encuentran o se debe introducir algo de metal fundido entre las piezas. Luego se forma un enlace sólido cuando el metal se solidifica nuevamente. Pero los investigadores del MIT han descubierto que, en algunas situaciones, en realidad, la fusión puede inhibir la unión de metales en lugar de promoverla.

El hallazgo sorprendente y contradictorio podría tener serias implicaciones para el diseño de ciertos procesos de recubrimiento o para la impresión 3D. ambos requieren que los materiales se peguen y se mantengan así.

La investigación, llevado a cabo por los postdoctorados Mostafa Hassani-Gangaraj y David Veysset y los profesores Keith Nelson y Christopher Schuh, se informó en dos artículos, en las revistas Cartas de revisión física y Scripta Materialia .

Schuh, quien es el profesor de Metalurgia 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 velocidad extremadamente alta, mientras que el otro hace uso de esa imagen de alta velocidad para revelar que la fusión inducida por el impacto de partículas de metal puede impedir la unión.

La configuración óptica, con una cámara de alta velocidad que utiliza 16 chips de imágenes de dispositivos de carga acoplada (CCD) separados y puede grabar imágenes en solo 3 nanosegundos, fue desarrollado principalmente por Veysset. La cámara es tan rápida que puede rastrear partículas individuales que se rocían 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 que se utilizan para aplicar un recubrimiento metálico a las superficies en muchas industrias.

Si bien estos procesos se utilizan ampliamente, hasta ahora sus características han sido determinadas empíricamente, dado que el proceso en sí es tan rápido "no puedes verlo, no puedes decir lo que está pasando, y nadie ha podido ver el momento en que 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 ver lo que está sucediendo, puede estudiarlo, y puedo hacer ciencia, " él dice.

Las nuevas imágenes dejan en claro que, en determinadas 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 del que tarda la superficie en resolidificarse. por lo que dejan la superficie que aún está fundida.

Si los ingenieros descubren que un material de revestimiento no se adhiere bien, pueden estar inclinados a aumentar la velocidad o la temperatura de pulverización para aumentar las posibilidades de fusión. Sin embargo, los nuevos resultados muestran lo contrario:debe evitarse la fusión.

Resulta que la mejor unión ocurre cuando las partículas impactantes y las superficies impactadas permanecen en un estado sólido pero "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, necesitamos hacer un chapoteo sin líquido. Un chapoteo sólido se pega, y una líquida no ". Con la nueva capacidad de observar el proceso, Hassani-Gangaraj dice:"mediante 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 gastadas en lugar de relegarlas al contenedor 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, "Schuh dice". En cambio, puede limpiarlo y usar un proceso de rociado para renovar la superficie ". Pero eso requiere que el revestimiento rociado permanezca adherido de manera segura.

Además de los recubrimientos, la nueva información también podría ayudar en el diseño de algunos sistemas de fabricación aditiva basados ​​en metales, conocida como impresión 3D. Allí, como con los recubrimientos, es fundamental asegurarse de que una capa del material de impresión se adhiera sólidamente a la capa anterior.

"Lo que promete este trabajo es un enfoque matemático y preciso" para determinar las condiciones óptimas para asegurar una unión sólida, Dice Schuh. "Es más matemático que empírico".