Ao unir duas peças de metal, ou os metais devem derreter um pouco onde se encontram ou algum metal derretido deve ser introduzido entre as peças. Uma ligação sólida então se forma quando o metal se solidifica novamente. Mas pesquisadores do MIT descobriram que, em algumas situações, a fusão pode, na verdade, inibir a ligação do metal em vez de promovê-la.

A descoberta surpreendente e contra-intuitiva pode ter implicações sérias para o design de certos processos de revestimento ou para impressão 3-D, que requerem que os materiais se colem e permaneçam assim.

A pesquisa, realizado pelos pós-docs Mostafa Hassani-Gangaraj e David Veysset e pelos professores Keith Nelson e Christopher Schuh, foi relatado em dois jornais, nas revistas Cartas de revisão física e Scripta Materialia .

Schuh, quem é o Danae e Vasilis Salapatas Professor de Metalurgia e chefe do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais, explica que um dos artigos descreve "um avanço revolucionário na tecnologia" para observar interações de velocidade extremamente alta, enquanto o outro faz uso dessa imagem de alta velocidade para revelar que a fusão induzida pelo impacto de partículas de metal pode impedir a ligação.

A configuração óptica, com uma câmera de alta velocidade que usa 16 chips de imagem de dispositivo (CCD) separados e pode gravar imagens em apenas 3 nanossegundos, foi desenvolvido principalmente por Veysset. A câmera é tão rápida que pode rastrear partículas individuais sendo pulverizadas em uma superfície em velocidades supersônicas, um feito que antes não era possível. A equipe usou esta câmera, que pode gravar até 300 milhões de quadros por segundo, observar um processo semelhante a pintura por spray semelhante aos usados ​​para aplicar um revestimento metálico em superfícies em muitas indústrias.

Embora esses processos sejam amplamente usados, até agora suas características foram determinadas empiricamente, já que o processo em si é tão rápido "você não consegue ver, você não pode dizer o que está acontecendo, e ninguém jamais foi capaz de assistir o momento em que uma partícula atinge e gruda, "Schuh diz. Como resultado, há uma controvérsia em andamento sobre se as partículas de metal realmente derretem ao atingir a superfície a ser revestida. A nova tecnologia significa que agora os pesquisadores "podem observar o que está acontecendo, pode estudá-lo, e pode fazer ciência, " ele diz.

As novas imagens deixam claro que, em algumas condições, as partículas de metal pulverizadas em uma superfície realmente derretem a superfície - e isso, inesperadamente, impede que grudem. Os pesquisadores descobriram que as partículas ricocheteiam em muito menos tempo do que leva para a superfície se solidificar, então eles deixam a superfície que ainda está derretida.

Se os engenheiros descobrirem que um material de revestimento não está aderindo bem, eles podem estar inclinados a aumentar a velocidade de pulverização ou a temperatura para aumentar as chances de derretimento. Contudo, os novos resultados mostram o oposto:o derretimento deve ser evitado.

Acontece que a melhor ligação acontece quando as partículas e superfícies impactadas permanecem em um estado sólido, mas "espirram" para fora de uma forma que parece líquida. Foi "uma observação reveladora, "de acordo com Schuh. Esse fenômeno" é encontrado em uma variedade desses métodos de processamento de metal, "diz ele. Agora, é claro que "para colar metal com metal, precisamos fazer um respingo sem líquido. Um respingo sólido pega, e um líquido não. "Com a nova capacidade de observar o processo, Hassani-Gangaraj diz, "por medidas precisas, poderíamos encontrar as condições necessárias para induzir esse vínculo. "

As descobertas podem ser relevantes para os processos usados ​​para revestir os componentes do motor a fim de reutilizar as peças desgastadas, em vez de relegá-las para a lata de sucata. "Com um motor antigo de uma grande máquina de movimentação de terras, custa uma fortuna jogá-lo fora, e custa uma fortuna derretê-lo e reformulá-lo, "Schuh diz." Em vez disso, você pode limpá-lo e usar um processo de pulverização para renovar a superfície. "Mas isso requer que o revestimento pulverizado permaneça unido com segurança.

Além de revestimentos, as novas informações também podem ajudar no projeto de alguns sistemas de manufatura aditiva à base de metal, conhecido como impressão 3-D. Lá, como com revestimentos, é fundamental certificar-se de que uma camada do material de impressão adere solidamente à camada anterior.

"O que este trabalho promete é uma abordagem matemática precisa" para determinar as condições ideais para garantir uma ligação sólida, Schuh diz. "É mais matemático do que empírico."