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麻省理工学院研究员开发出新的喷涂金属涂层附着方式

导读: 近日,麻省理工学院的研究人员开发出了一种新的喷涂金属涂层附着方式,这项研究可能对金属3D打印产生重大影响。研究人员使用超快速相机观察喷涂工艺,并发现金属结合的理想条件。

近日,麻省理工学院的研究人员开发出了一种新的喷涂金属涂层附着方式,这项研究可能对金属3D打印产生重大影响。研究人员使用超快速相机观察喷涂工艺,并发现金属结合的理想条件。

麻省理工学院研究员开发出新的喷涂金属涂层附着方式

喷射冲击后的金属表面,熔化形成的坑

通常认为熔化是一种粘结金属的好方法,但最近麻省理工学院的研究人员的一个发现,使得一些普遍持肯定态度的科学信仰受到怀疑。他们的发现可能会对金属3D打印产生重大影响。

这项令人兴奋的研究成果得益于研究人员使用的高科技成像设备:这款高速摄像机采用16个独立的电荷耦合器件(CCD)成像芯片,可在三纳秒内捕获图像。

该光学套件主要由麻省理工学院博士后David Veysset开发,其设置速度很快,可以执行以前不可能完成的以超音速喷射单个粒子的任务。

相机每秒可以拍摄3亿张照片,团队将这一令人难以置信的技术用于拍摄金属表面涂层的类似喷漆的工艺。

但是,这不仅仅是一个仔细研究的科学家已经了解的过程的例子。由于人们以前从来没有能够正确地观察过这样的喷雾过程,所以科学家们不得不根据结果而不是过程本身来估计粒子撞击目标表面时究竟发生了什么。有人认为金属粒子撞击表面时会熔化。

现在,随着Veysset超级强大的光学设备,研究人员终于可以提供一些答案。他们发现在某些条件下,金属颗粒确实会熔化表面。但是这实际上具有非常意想不到的连锁效应:颗粒不粘附。

麻省理工学院的研究人员目睹了颗粒在较短的时间内反弹,而不是表面重新凝固,这意味着颗粒离开仍然是熔化的表面。

这是一个非常违反直觉的发现,但是可以完全重塑工程师对粘合的方式:目前,缺乏粘合常常通过提高喷涂速度或温度来改善熔融。然而,这可能与他们应该做的事情完全相反。

麻省理工学院研究员开发出新的喷涂金属涂层附着方式

粒子熔化和弹跳(上图);不熔化和粘附(下面)

然而,麻省理工学院的研究并不是一帆风顺的,因为他们发现了一种改善结合力的方法,这是基于他们目睹的高速情况下产生的现象。

他们发现,当喷射撞击颗粒和表面保持固体状态但“飞溅”向外时,粘合效果最好。颗粒不是液体,但看起来像液体,这种“固体飞溅”是使金属颗粒粘附的最佳方式。

随着高速摄影机准备好进行更多的实验,麻省理工学院的研究人员现在可以找到一种方法来诱导这种飞溅的正确条件,有可能导致更好的金属3D打印过程和改进的金属涂层技术。

当然,并非所有的金属3D打印过程都以与喷涂相似的方式工作,在此期间,喷涂的颗粒撞击表面。例如,SLM 3D打印机制造商可以放心,他们的机器工作得很好。

然而,研究人员发现确实有一些具体的应用,他们认为可以从这个新的发现中受益。他们认为,在这个高科技的观察台的帮助下,改进的金属涂层工艺可以让工程师有效地涂覆发动机部件,以便它们可以重新使用磨损部件而不是将其丢弃。

麻省理工学院教授Christopher Schuh表示:“一台挖掘机的老式发动机,需要花费大量的金钱和时间来融化和重铸它。但基于新的发现,你可以清理它,并使用喷雾过程来更新表面。”

就改进的金属3D打印系统而言,需要一个金属层有效地与下一个金属层结合,Schuh认为新的方法只能帮助改善问题。

除Veysset和Schuh外,博士后Mostafa Hassani-Gangaraj和Keith Nelson教授也参与了此项研究工作。

据悉,该项研究项目的研究结果已于最近发表在“Scripta Materialia”和“物理评论快报”杂志上。

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