Florida Institute of Technology professor emeritus Martin Glicksmans senaste forskning om metaller och material har implikationer för gjuteriindustrin, men den har också en djup personlig koppling till inspirationen från två avlidna kollegor.googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2′); });
Gliksmans studie "Surface Laplacian of the interfacial thermochemical potential: its role in formation of the regime of solid and liquid phases" publiceras i novembernumret av den gemensamma tidskriften Springer Nature Microgravity.Upptäckten kan leda till en bättre förståelse av stelningen av metallgjutgods, vilket gör det möjligt för ingenjörer att bygga motorer med längre livslängd och starkare flygplan, och att främja additiv tillverkning.
"När du tänker på stål, aluminium, koppar - alla viktiga tekniska material, gjutning, svetsning och primär metallproduktion - det är mångmiljardindustrier av stort samhällsvärde", sa Glicksman."Du kommer att förstå att vi pratar om material, och även små förbättringar kan vara värdefulla."
Precis som vatten bildar kristaller när det fryser, händer något liknande när smälta metallegeringar stelnar till gjutgods.Gliksmans forskning visar att under stelningen av metallegeringar orsakar ytspänningen mellan kristallen och smältan, liksom förändringar i krökningen av kristallen när den växer, ett värmeflöde även vid fasta gränssnitt.Denna grundläggande slutsats skiljer sig fundamentalt från Stefan-vikterna som vanligtvis används i teorin om gjutning, där den termiska energin som avges av en växande kristall är direkt proportionell mot dess tillväxthastighet.
Gliksman märkte att krökningen av en kristallit reflekterar dess kemiska potential: en konvex krökning sänker smältpunkten något, medan en konkav krökning höjer den något.Detta är välkänt inom termodynamiken.Det som är nytt och redan bevisat är att denna krökningsgradient orsakar ett ytterligare värmeflöde under stelning, vilket inte beaktades i den traditionella teorin om gjutning.Dessutom är dessa värmeflöden "deterministiska" och inte slumpmässiga, som slumpmässigt brus, som i princip framgångsrikt kan kontrolleras under gjutningsprocessen för att förändra legeringens mikrostruktur och förbättra egenskaperna.
"När du har frusna komplexa kristallina mikrostrukturer finns det krökningsinducerat värmeflöde som kan kontrolleras," sa Gliksman."Om de kontrolleras av kemiska tillsatser eller fysiska effekter som tryck eller starka magnetfält, kan dessa värmeflöden i riktiga legeringsgjutgods förbättra mikrostrukturen och i slutändan kontrollera gjutna legeringar, svetsade strukturer och till och med 3D-tryckta material."
Utöver sitt vetenskapliga värde var studien av stor personlig betydelse för Glixman, mycket tack vare det hjälpsamma stödet från en bortgången kollega.En sådan kollega var Paul Steen, professor i vätskemekanik vid Cornell University, som dog förra året.För några år sedan hjälpte Steen Glicksman i hans forskning om material i mikrogravitation med hjälp av rymdfärjans vätskemekanik och materialforskning.Springer Nature dedikerade novembernumret av Microgravity till Steen och kontaktade Gliksman för att skriva en vetenskaplig artikel om studien till hans ära.
"Det fick mig att sätta ihop något intressant som Paul särskilt skulle uppskatta.Naturligtvis är många läsare av den här forskningsartikeln också intresserade av det område Paul bidrog till, nämligen gränssnittstermodynamiken, säger Gliksman.
En annan kollega som inspirerade Gliksman att skriva artikeln var Semyon Koksal, professor i matematik, avdelningschef och vicepresident för akademiska frågor vid Florida Institute of Technology, som dog i mars 2020. Gliksman beskrev henne som en snäll, intelligent person som var ett nöje. att prata med och noterade att hon hjälpte honom att tillämpa sina matematiska kunskaper i sin forskning.
”Hon och jag var goda vänner och hon var väldigt intresserad av mitt arbete.Semyon hjälpte mig när jag formulerade differentialekvationer för att förklara värmeflödet som orsakas av krökning, säger Gliksman."Vi ägnade mycket tid åt att diskutera mina ekvationer och hur man formulerar dem, deras begränsningar, etc. Hon var den enda person jag rådfrågade och hon var mycket hjälpsam med att formulera matematisk teori och hjälpa mig att få det rätt."
Ytterligare information: Martin E. Gliksman et al., Surface Laplacian of the interfacial thermochemical potential: its roll in the formation of the solid-liquid mode, npj Microgravity (2021).DOI: 10.1038/s41526-021-00168-2
Om du stöter på ett stavfel, felaktigheter eller vill skicka en begäran om att redigera innehållet på denna sida, använd det här formuläret.För allmänna frågor, använd vårt kontaktformulär.För allmän feedback, använd den offentliga kommentarssektionen nedan (rekommendationer vänligen).
Din feedback är mycket viktig för oss.Men på grund av mängden meddelanden kan vi inte garantera individuella svar.
Din e-postadress används endast för att informera mottagarna om vem som skickat e-postmeddelandet.Varken din adress eller mottagarens adress kommer att användas för något annat ändamål.Informationen du angav kommer att visas i din e-post och kommer inte att lagras av Phys.org i någon form.
Få veckovisa och/eller dagliga uppdateringar i din inkorg.Du kan avsluta prenumerationen när som helst och vi kommer aldrig att dela dina uppgifter med tredje part.
Denna webbplats använder cookies för att underlätta navigering, analysera din användning av våra tjänster, samla in data för att anpassa annonser och tillhandahålla innehåll från tredje part.Genom att använda vår webbplats bekräftar du att du har läst och förstått vår integritetspolicy och användarvillkor.