La última investigación del profesor emérito del Instituto de Tecnología de Florida, Martin Glicksman, sobre metales y materiales tiene implicaciones para la industria de la fundición, pero también tiene una profunda conexión personal con la inspiración de dos colegas fallecidos.googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2′); });
El estudio de Gliksman "La superficie laplaciana del potencial termoquímico interfacial: su papel en la formación del régimen de fases sólidas y líquidas" se publica en la edición de noviembre de la revista conjunta Springer Nature Microgravity.Los hallazgos podrían conducir a una mejor comprensión de la solidificación de las piezas fundidas de metal, lo que permitiría a los ingenieros construir motores más duraderos y aviones más resistentes, y avanzar en la fabricación aditiva.
“Cuando se piensa en el acero, el aluminio y el cobre (todos ellos importantes materiales de ingeniería, fundición, soldadura y producción de metales primarios), se trata de industrias multimillonarias de gran valor social”, afirmó Glicksman.“Comprenderá que estamos hablando de materiales y que incluso las pequeñas mejoras pueden resultar valiosas”.
Así como el agua forma cristales cuando se congela, algo similar sucede cuando las aleaciones de metales fundidos se solidifican para formar piezas fundidas.La investigación de Gliksman muestra que durante la solidificación de aleaciones metálicas, la tensión superficial entre el cristal y la masa fundida, así como los cambios en la curvatura del cristal a medida que crece, provocan un flujo de calor incluso en interfaces fijas.Esta conclusión fundamental es fundamentalmente diferente de los pesos de Stefan comúnmente utilizados en la teoría de la fundición, en los que la energía térmica emitida por un cristal en crecimiento es directamente proporcional a su tasa de crecimiento.
Gliksman observó que la curvatura de un cristalito refleja su potencial químico: una curvatura convexa reduce ligeramente el punto de fusión, mientras que una curvatura cóncava lo eleva ligeramente.Esto es bien conocido en termodinámica.Lo nuevo y ya demostrado es que este gradiente de curvatura provoca un flujo de calor adicional durante la solidificación, que no se tenía en cuenta en la teoría tradicional de la fundición.Además, estos flujos de calor son "deterministas" y no aleatorios, como el ruido aleatorio, que en principio puede controlarse con éxito durante el proceso de fundición para cambiar la microestructura de la aleación y mejorar las propiedades.
"Cuando se han congelado microestructuras cristalinas complejas, se produce un flujo de calor inducido por la curvatura que se puede controlar", dijo Gliksman."Si se controlan mediante aditivos químicos o efectos físicos como presión o fuertes campos magnéticos, estos flujos de calor en piezas fundidas de aleaciones reales pueden mejorar la microestructura y, en última instancia, controlar las aleaciones fundidas, las estructuras soldadas e incluso los materiales impresos en 3D".
Además de su valor científico, el estudio fue de gran importancia personal para Glixman, gracias en gran parte al útil apoyo de un colega fallecido.Uno de esos colegas fue Paul Steen, profesor de mecánica de fluidos en la Universidad de Cornell, que murió el año pasado.Hace unos años, Steen ayudó a Glicksman en su investigación sobre materiales en microgravedad utilizando la mecánica de fluidos del transbordador espacial y la investigación de materiales.Springer Nature dedicó la edición de noviembre de Microgravity a Steen y se puso en contacto con Gliksman para escribir un artículo científico sobre el estudio en su honor.
“Eso me impulsó a crear algo interesante que Paul apreciaría especialmente.Por supuesto, muchos lectores de este artículo de investigación también están interesados ​​en el área en la que contribuyó Paul, es decir, la termodinámica de interfaz”, dijo Gliksman.
Otro colega que inspiró a Gliksman a escribir el artículo fue Semyon Koksal, profesor de matemáticas, jefe de departamento y vicepresidente de asuntos académicos del Instituto de Tecnología de Florida, fallecido en marzo de 2020. Gliksman la describió como una persona amable e inteligente que fue un placer. con quien hablar, y señaló que ella lo ayudó a aplicar sus conocimientos matemáticos a su investigación.
“Ella y yo éramos buenos amigos y ella estaba muy interesada en mi trabajo.Semyon me ayudó cuando formulé ecuaciones diferenciales para explicar el flujo de calor causado por la curvatura”, dijo Gliksman."Pasamos mucho tiempo discutiendo mis ecuaciones y cómo formularlas, sus limitaciones, etc. Ella fue la única persona a la que consulté y fue de gran ayuda para formular la teoría matemática y ayudarme a hacerlo bien".
Más información: Martin E. Gliksman et al., Laplaciano superficial del potencial termoquímico interfacial: su papel en la formación del modo sólido-líquido, npj Microgravity (2021).DOI: 10.1038/s41526-021-00168-2
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