A pesquisa mais recente do professor emérito do Instituto de Tecnologia da Flórida, Martin Glicksman, sobre metais e materiais tem implicações para a indústria de fundição, mas também tem uma profunda conexão pessoal com a inspiração de dois colegas falecidos.googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2′); });
O estudo de Gliksman “Laplaciano de superfície do potencial termoquímico interfacial: seu papel na formação do regime de fases sólidas e líquidas” foi publicado na edição de novembro da revista conjunta Springer Nature Microgravity.As descobertas podem levar a uma melhor compreensão da solidificação de peças fundidas de metal, permitindo aos engenheiros construir motores mais duradouros e aeronaves mais fortes, e avançar na fabricação aditiva.
“Quando pensamos em aço, alumínio, cobre – todos materiais importantes de engenharia, fundição, soldagem e produção de metal primário – estas são indústrias multibilionárias de grande valor social”, disse Glicksman.“Você entenderá que estamos falando de materiais, e mesmo pequenas melhorias podem ser valiosas.”
Assim como a água forma cristais quando congela, algo semelhante acontece quando ligas metálicas fundidas se solidificam para formar peças fundidas.A pesquisa de Gliksman mostra que durante a solidificação de ligas metálicas, a tensão superficial entre o cristal e o fundido, bem como as mudanças na curvatura do cristal à medida que ele cresce, causam um fluxo de calor mesmo em interfaces fixas.Esta conclusão fundamental é fundamentalmente diferente dos pesos de Stefan comumente usados ​​na teoria da fundição, nos quais a energia térmica emitida por um cristal em crescimento é diretamente proporcional à sua taxa de crescimento.
Gliksman notou que a curvatura de um cristalito reflete seu potencial químico: uma curvatura convexa diminui ligeiramente o ponto de fusão, enquanto uma curvatura côncava o aumenta ligeiramente.Isto é bem conhecido em termodinâmica.O que é novo e já comprovado é que este gradiente de curvatura provoca um fluxo de calor adicional durante a solidificação, o que não foi levado em consideração na teoria tradicional da fundição.Além disso, esses fluxos de calor são “determinísticos” e não aleatórios, como o ruído aleatório, que em princípio pode ser controlado com sucesso durante o processo de fundição para alterar a microestrutura da liga e melhorar as propriedades.
“Quando você congela microestruturas cristalinas complexas, há um fluxo de calor induzido pela curvatura que pode ser controlado”, disse Gliksman.“Se controlados por aditivos químicos ou efeitos físicos, como pressão ou campos magnéticos fortes, esses fluxos de calor em peças fundidas de ligas reais podem melhorar a microestrutura e, em última análise, controlar ligas fundidas, estruturas soldadas e até mesmo materiais impressos em 3D.”
Além do seu valor científico, o estudo foi de grande importância pessoal para Glixman, em grande parte graças ao apoio útil de um falecido colega.Um desses colegas foi Paul Steen, professor de mecânica dos fluidos na Universidade Cornell, que morreu no ano passado.Há alguns anos, Steen ajudou Glicksman em sua pesquisa sobre materiais em microgravidade usando a mecânica dos fluidos do ônibus espacial e a pesquisa de materiais.A Springer Nature dedicou a Steen a edição de novembro da Microgravity e contatou Gliksman para escrever um artigo científico sobre o estudo em sua homenagem.
“Isso me levou a criar algo interessante que Paul apreciaria especialmente.É claro que muitos leitores deste artigo de pesquisa também estão interessados ​​na área para a qual Paul contribuiu, nomeadamente a termodinâmica de interfaces”, disse Gliksman.
Outro colega que inspirou Gliksman a escrever o artigo foi Semyon Koksal, professor de matemática, chefe de departamento e vice-presidente de assuntos acadêmicos do Florida Institute of Technology, que morreu em março de 2020. Gliksman a descreveu como uma pessoa gentil e inteligente que foi um prazer. para conversar, observando que ela o ajudou a aplicar seu conhecimento matemático em sua pesquisa.
“Ela e eu éramos bons amigos e ela estava muito interessada no meu trabalho.Semyon me ajudou quando formulei equações diferenciais para explicar o fluxo de calor causado pela curvatura”, disse Gliksman.“Passamos muito tempo discutindo minhas equações e como formulá-las, suas limitações, etc. Ela foi a única pessoa que consultei e foi muito prestativa na formulação da teoria matemática e me ajudando a acertar.”
Mais informações: Martin E. Gliksman et al., Surface Laplacian do potencial termoquímico interfacial: seu papel na formação do modo sólido-líquido, npj Microgravity (2021).DOI: 10.1038/s41526-021-00168-2
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