Ashwin Shahaniแห่งมหาวิทยาลัยมิชิแกนและเพื่อนร่วมงานได้รับข้อมูลเชิงลึกที่สำคัญเกี่ยวกับกลไกการสร้างโครงสร้างนาโนของเกลียวในการทำให้โลหะผสมแข็งตัว การศึกษาของทีมได้รวมเทคนิคการสร้างภาพขั้นสูงแบบใหม่เข้ากับการเรียนรู้ของเครื่อง และการค้นพบนี้อาจนำไปสู่เทคนิคที่รวดเร็วและปรับขนาดได้สำหรับการผลิต metamaterial ที่ควบคุมแสง
เมื่อโลหะผสมหลอมเหลวเย็นลง
โครงสร้างที่เป็นของแข็งจะเริ่มก่อตัวภายในเมื่อกระจุกอะตอมขนาดเล็กตกผลึก นักวิจัยสามารถควบคุมกลไกการตกผลึกเหล่านี้เพื่อผลิตโครงสร้างต่างๆ ในวัสดุที่เป็นของแข็งได้ด้วยการปรับสภาพการระบายความร้อนอย่างละเอียดโครงสร้างที่น่าสนใจโดยเฉพาะอย่างยิ่งอาจเกิดขึ้นได้จากการระบายความร้อนที่ไม่สมดุล ซึ่งรวมถึง “ยูเทคติกแบบเกลียว” ซึ่งเกิดขึ้นในส่วนผสมของโลหะแข็งตั้งแต่สองเฟสขึ้นไป วัสดุเหล่านี้สามารถจัดเรียงตัวเองเป็นเกลียวคล้ายเกลียวดีเอ็นเอได้เองตามธรรมชาติ
เป็นไปไม่ได้ในการผลิตแม้จะมีการประยุกต์ใช้เทคโนโลยียูเทคติกแบบเกลียวที่น่าตื่นเต้น แต่นักวิจัยก็ยังไม่สามารถแยกสภาพการเจริญเติบโตในอุดมคติของพวกเขาได้ เป็นผลให้ไม่สามารถผลิตโครงสร้างเกลียวในเครื่องชั่งขนาดใหญ่ได้
การศึกษาที่แข่งขันกันหลายครั้งได้เสนอแนะถึงกลไกที่เป็นไปได้ที่หลากหลายซึ่งเกลียวเหล่านี้สามารถก่อตัวขึ้นได้ อย่างไรก็ตาม จนถึงขณะนี้ยังไม่มีการสังเกตกลไกเหล่านี้ในการทดลอง ทำให้เกิดความไม่แน่นอนเกี่ยวกับกระบวนการโดยรวมที่เกิดขึ้น การยืนยันใด ๆ จะต้องมีการวัด 3D ที่แก้ไขเวลา ในระดับความยาวตั้งแต่นาโนเมตรถึงไมครอน ซึ่งเป็นลำดับที่สูงสำหรับเทคนิคการถ่ายภาพในปัจจุบัน
ลำแสงหมุนวนเป็นลวดลายที่วิจิตรบรรจง
ตอนนี้ ทีมงานของ Shahani ได้พัฒนาเทคนิคการถ่ายภาพขั้นสูงแบบใหม่ ซึ่งรวมการสังเกตการณ์ 3 มิติของกล้องจุลทรรศน์แบบออปติคัลและอิเล็กตรอนแบบหลายสเกลเข้ากับภาพระดับอะตอมของการเกิดเกลียว จากนั้นจึงใช้อัลกอริธึมการเรียนรู้ด้วยเครื่องเฉพาะเพื่อรวบรวมข้อมูลเหล่านี้สำหรับกลไกการก่อตัวที่โดดเด่น
ด้วยการใช้เทคนิคนี้ ทีมงานได้ค้นพบเส้นทางสองขั้นตอนในการสร้างเกลียวในการหล่อเย็นโลหะผสมสังกะสี-แมกนีเซียม พวกเขาค้นพบว่าเฟสโลหะแข็งทั้งสองเริ่มก่อตัวขึ้นอย่างอิสระที่ข้อบกพร่องบนผลึกสี่เหลี่ยมจัตุรัสที่เป็นของแข็ง เมื่อพวกมันโตขึ้น ระยะเหล่านี้จะกลายเป็นคู่ขนานกันอย่างแน่นแฟ้น ทำให้เกิด nanospirals ที่สลับซับซ้อนในขณะที่แข็งตัว ทีมงานรายงานในSmall
ที่สำคัญ โครงสร้างเหล่านี้แสดงระยะห่างระหว่างเฟสที่เทียบได้กับความยาวคลื่นของแสงอินฟราเรด คุณสมบัตินี้จะทำให้เหมาะสำหรับ metamaterials ของ photonic ซึ่งสามารถควบคุมการไหลของแสงที่มองเห็นและอินฟราเรด การค้นพบของทีมเผยให้เห็นเป็นครั้งแรกว่าสามารถปรับสภาพการระบายความร้อนของโลหะหลอมเหลวได้อย่างละเอียดเพื่อทำให้เกิดการประกอบตัวเองด้วยนาโนสไปรัล ซึ่งช่วยให้สามารถผลิตวัสดุขั้นสูงเหล่านี้ได้อย่างรวดเร็วและปรับขนาดได้ ตอนนี้ Shahani และเพื่อนร่วมงานหวังว่าจะใช้เทคนิคการถ่ายภาพแบบใหม่เพื่อสำรวจยูเทคติกแบบก้นหอยในโลหะผสมที่ซับซ้อนมากขึ้น อาจนำไปสู่กลไกการเกิดเกลียวที่น่าสนใจยิ่งขึ้นไปอีก
ความร่วมมือระหว่างภาคอุตสาหกรรม
และภาคการศึกษาได้สร้างเครื่องมือในแหล่งกำเนิดครั้งแรกในการประเมินหน้าตัดขวางภายในของเหล็กที่ผลิตในกระบวนการหล่อแบบต่อเนื่องของโรงงาน ขณะนี้เซ็นเซอร์พร้อมที่จะเปลี่ยนเป็นผลิตภัณฑ์ที่ใช้งานได้ในเชิงพาณิชย์ ซึ่งช่วยให้บริษัทเหล็กระบุกระบวนการแข็งตัวในแบบเรียลไทม์ ซึ่งอาจนำไปสู่ความต้องการพลังงานที่ลดลงและความเร็วในการผลิตที่เร็วขึ้น
การหล่อแบบต่อเนื่องเป็นขั้นตอนสุดท้ายในการแปรรูปเหล็ก ด้วยความเร็วและคุณภาพของกระบวนการแข็งตัวที่ส่งผลต่อคุณสมบัติทางกลของวัสดุอย่างยิ่ง เหล็กที่ผลิตโดยการหล่อจำเป็นต้องทำให้แข็งตัวเต็มที่ แต่ไม่เหมือนกับการทดสอบไม้เสียบที่ใช้ในการทดสอบว่าเค้ก “เสร็จแล้ว” หรือไม่ การนำเหล็กออกในขณะที่ของเหลวบางส่วนนั้นอันตราย และไม่สามารถใส่กลับเข้าไปในเตาอบได้ง่ายๆ
เนื่องจากไม่มีทางที่จะจับสถานะความร้อนของเหล็กภายในห้องหล่อได้ โรงงานอาจเลือกที่จะตั้งค่าพารามิเตอร์การหล่อแบบอนุรักษ์นิยมเพื่อให้แน่ใจว่าผลิตภัณฑ์ “อบแล้ว” เต็มที่ แต่สิ่งนี้ถูกกำหนดให้เปลี่ยน
“เป็นครั้งแรกที่เราสามารถแสดงโปรไฟล์อุณหภูมิภายในภายในเหล็กหล่อในสภาพแวดล้อมของโรงงานได้” Manuchehr Soleimani หัวหน้า ทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัย Bath กล่าว “ด้วยอุปกรณ์สำหรับตรวจสอบขั้นตอนต่างๆ ของกระบวนการ คุณสามารถปรับพารามิเตอร์การควบคุมให้เหมาะสมเพื่อผลิตคุณภาพของเหล็กที่คุณต้องการ แต่มีประสิทธิภาพมากขึ้น
หัวเย็น
Soleimani ได้ทำการถ่ายภาพโลหะเหลวโดยใช้เทคนิคต่างๆ มากมาย รวมถึงการตรวจเอกซเรย์ด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (MIT) เทคนิคการถ่ายภาพที่ค่อนข้างใหม่ MIT วัดการวนรอบของกระแสไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำโดยการเปลี่ยนสนามแม่เหล็กในวัสดุนำไฟฟ้า เพื่อสร้างแผนที่การนำไฟฟ้า
ในการนำเสนอผลงานการถ่ายภาพนี้ในการประชุมที่ประเทศเยอรมนีในปี 2015 Soleimani ได้พบกับ Stefano Spagnul จาก ห้องปฏิบัติการ Ergolinesผู้จำหน่ายอุปกรณ์อุตสาหกรรมเหล็ก การแนะนำเบื้องต้นโดยย่อนี้นำไปสู่การเชื่อมต่อกับผู้เชี่ยวชาญด้านพลศาสตร์ของไหล Teresa Gutiérrez จากTechnalia Venturesและสิ่งที่ Soleimani อธิบายว่าเป็น “การร่วมมือที่สมบูรณ์แบบ”
ทีมประสบความสำเร็จในการขอทุนวิจัยของสหภาพยุโรปเพื่อสนับสนุนโครงการ SHELL-THICK ซึ่งทำให้อุปกรณ์ MIT สามารถย้ายจากห้องปฏิบัติการไปสู่การทดสอบทางอุตสาหกรรม
Credit : cateringiperque.com cdmasternow.com cheaplinksoflondonshop.com conviviosfraternos.com cookwatchus.net craniopharyngiomas.net cubmasterchris.info digitalbitterness.com dward3.com edmontonwarhammerleague.com
