Последнее исследование металлов и материалов Мартина Гликсмана, почетного профессора Технологического института Флориды, имеет значение для литейной промышленности, но оно также имеет глубокую личную связь с вдохновением двух умерших коллег.googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2'); });
Исследование Гликсмана «Поверхностный лапласиан межфазного термохимического потенциала: его роль в формировании режима твердой и жидкой фаз» опубликовано в ноябрьском номере совместного журнала Springer Nature Microgravity.Результаты могут привести к лучшему пониманию процесса затвердевания металлических отливок, что позволит инженерам создавать более долговечные двигатели и более прочные самолеты, а также развивать аддитивное производство.
«Когда вы думаете о стали, алюминии, меди – всех важных машиностроительных материалах, литье, сварке и производстве первичных металлов – это многомиллиардные отрасли промышленности, имеющие огромную социальную ценность», – сказал Гликсман.«Вы поймете, что речь идет о материалах, и даже небольшие улучшения могут быть ценными».
Точно так же, как вода образует кристаллы при замерзании, нечто подобное происходит, когда расплавленные металлические сплавы затвердевают и образуют отливки.Исследования Гликсмана показывают, что при затвердевании металлических сплавов поверхностное натяжение между кристаллом и расплавом, а также изменение кривизны кристалла по мере его роста вызывают тепловой поток даже на фиксированных границах раздела.Этот фундаментальный вывод принципиально отличается от обычно используемых в теории литья гирь Стефана, в которых тепловая энергия, излучаемая растущим кристаллом, прямо пропорциональна скорости его роста.
Гликсман заметил, что кривизна кристаллита отражает его химический потенциал: выпуклая кривизна несколько понижает температуру плавления, а вогнутая — несколько повышает ее.Это хорошо известно в термодинамике.Новым и уже доказанным является то, что этот градиент кривизны вызывает дополнительный тепловой поток при затвердевании, который не учитывался в традиционной теории литья.Кроме того, эти тепловые потоки являются «детерминированными», а не случайными, как случайный шум, которым в принципе можно успешно управлять в процессе литья для изменения микроструктуры сплава и улучшения свойств.
«Когда вы замораживаете сложные кристаллические микроструктуры, возникает тепловой поток, вызванный искривлением, которым можно управлять», — сказал Гликсман.«Если эти тепловые потоки в отливках из реальных сплавов контролируются химическими добавками или физическими эффектами, такими как давление или сильные магнитные поля, они могут улучшить микроструктуру и, в конечном итоге, контролировать литые сплавы, сварные конструкции и даже материалы, напечатанные на 3D-принтере».
Помимо своей научной ценности, исследование имело большое личное значение для Гликсмана, во многом благодаря полезной поддержке покойного коллеги.Одним из таких коллег был Пол Стин, профессор механики жидкостей Корнелльского университета, который умер в прошлом году.Несколько лет назад Стин помогал Гликсману в его исследованиях материалов в условиях микрогравитации с использованием механики жидкости космического корабля и исследований материалов.Springer Nature посвятил Стину ноябрьский номер «Микрогравитации» и связался с Гликсманом, чтобы написать в его честь научную статью об исследовании.
«Это побудило меня собрать что-то интересное, что Пол особенно оценит.Конечно, многих читателей этой исследовательской статьи также интересует область, в которую внес вклад Пол, а именно термодинамика интерфейса», — сказал Гликсман.
Еще одним коллегой, вдохновившим Гликсмана на написание статьи, стал Семен Коксал, профессор математики, заведующий кафедрой и вице-президент по академическим вопросам Флоридского технологического института, который умер в марте 2020 года. Гликсман охарактеризовал ее как доброго, умного человека, с которым было приятно общаться. поговорить, отметив, что она помогла ему применить его математические знания в исследованиях.
«Мы с ней были хорошими друзьями, и она очень интересовалась моей работой.Семен помог мне, когда я сформулировал дифференциальные уравнения для объяснения теплового потока, вызванного кривизной», — рассказал Гликсман.«Мы потратили много времени на обсуждение моих уравнений и того, как их формулировать, их ограничения и т. д. Она была единственным человеком, с которым я консультировался, и она очень помогла мне сформулировать математическую теорию и помочь мне сделать ее правильно».
Дополнительная информация: Мартин Э. Гликсман и др., Поверхностный лапласиан межфазного термохимического потенциала: его роль в формировании режима твердое тело-жидкость, npj Микрогравитация (2021).DOI: 10.1038/s41526-021-00168-2
Если вы столкнулись с опечаткой, неточностью или хотите отправить запрос на редактирование содержимого этой страницы, воспользуйтесь этой формой.По общим вопросам, пожалуйста, используйте нашу контактную форму.Для получения общего отзыва используйте раздел общественного обсуждения ниже (пожалуйста, дайте рекомендации).
Ваше мнение очень важно для нас.Однако из-за большого количества сообщений мы не можем гарантировать индивидуальный ответ.
Ваш адрес электронной почты используется только для того, чтобы сообщить получателям, кто отправил электронное письмо.Ни ваш адрес, ни адрес получателя не будут использоваться для каких-либо других целей.Введенная вами информация появится в вашем электронном письме и не будет храниться Phys.org ни в какой форме.
Получайте еженедельные и/или ежедневные обновления на свой почтовый ящик.Вы можете отказаться от подписки в любое время, и мы никогда не передадим ваши данные третьим лицам.
Этот веб-сайт использует файлы cookie для облегчения навигации, анализа использования вами наших услуг, сбора данных для персонализации рекламы и предоставления контента от третьих лиц.Используя наш веб-сайт, вы подтверждаете, что прочитали и поняли нашу Политику конфиденциальности и Условия использования.