Les dernières recherches de Martin Glicksman, professeur émérite au Florida Institute of Technology, sur les métaux et les matériaux ont des implications pour l'industrie de la fonderie, mais elles ont également un lien personnel profond avec l'inspiration de deux collègues décédés.googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2′); });
L'étude de Gliksman « Laplacien de surface du potentiel thermochimique interfacial : son rôle dans la formation du régime des phases solides et liquides » est publiée dans le numéro de novembre de la revue commune Springer Nature Microgravity.Les résultats pourraient conduire à une meilleure compréhension de la solidification des pièces moulées en métal, permettant ainsi aux ingénieurs de construire des moteurs plus durables et des avions plus puissants, et de faire progresser la fabrication additive.
« Quand on pense à l’acier, à l’aluminium, au cuivre – tous les matériaux d’ingénierie importants, au moulage, au soudage et à la production de métaux primaires – ce sont des industries de plusieurs milliards de dollars et d’une grande valeur sociétale », a déclaré Glicksman.« Vous comprendrez que nous parlons de matériaux et que même de petites améliorations peuvent être précieuses. »
Tout comme l’eau forme des cristaux lorsqu’elle gèle, quelque chose de similaire se produit lorsque des alliages métalliques en fusion se solidifient pour former des pièces moulées.Les recherches de Gliksman montrent que lors de la solidification des alliages métalliques, la tension superficielle entre le cristal et la masse fondue, ainsi que les modifications de la courbure du cristal au fur et à mesure de sa croissance, provoquent un flux de chaleur même aux interfaces fixes.Cette conclusion fondamentale est fondamentalement différente des poids Stefan couramment utilisés dans la théorie de la coulée, dans lesquels l'énergie thermique émise par un cristal en croissance est directement proportionnelle à son taux de croissance.
Gliksman a remarqué que la courbure d'un cristallite reflète son potentiel chimique : une courbure convexe abaisse légèrement le point de fusion, tandis qu'une courbure concave l'élève légèrement.Ceci est bien connu en thermodynamique.Ce qui est nouveau et déjà prouvé, c'est que ce gradient de courbure provoque un flux de chaleur supplémentaire lors de la solidification, qui n'était pas pris en compte dans la théorie traditionnelle de la coulée.De plus, ces flux de chaleur sont « déterministes » et non aléatoires, comme le bruit aléatoire, qui peut en principe être contrôlé avec succès pendant le processus de coulée pour modifier la microstructure de l'alliage et améliorer ses propriétés.
"Lorsque vous avez gelé des microstructures cristallines complexes, il existe un flux de chaleur induit par la courbure qui peut être contrôlé", a déclaré Gliksman."S'ils sont contrôlés par des additifs chimiques ou des effets physiques tels que la pression ou des champs magnétiques puissants, ces flux thermiques dans les pièces moulées en alliage réel peuvent améliorer la microstructure et finalement contrôler les alliages coulés, les structures soudées et même les matériaux imprimés en 3D."
En plus de sa valeur scientifique, l’étude revêtait une grande importance personnelle pour Glixman, en grande partie grâce au soutien utile d’un défunt collègue.L'un de ces collègues était Paul Steen, professeur de mécanique des fluides à l'Université Cornell, décédé l'année dernière.Il y a quelques années, Steen a aidé Glicksman dans ses recherches sur les matériaux en microgravité en utilisant la mécanique des fluides et la recherche sur les matériaux de la navette spatiale.Springer Nature a dédié le numéro de novembre de Microgravity à Steen et a contacté Gliksman pour rédiger un article scientifique sur l'étude en son honneur.
«Cela m'a incité à mettre en place quelque chose d'intéressant que Paul apprécierait particulièrement.Bien entendu, de nombreux lecteurs de cet article de recherche sont également intéressés par le domaine auquel Paul a contribué, à savoir la thermodynamique des interfaces », a déclaré Gliksman.
Un autre collègue qui a inspiré Gliksman pour écrire cet article était Semyon Koksal, professeur de mathématiques, chef de département et vice-président des affaires académiques au Florida Institute of Technology, décédé en mars 2020. Gliksman l'a décrite comme une personne gentille et intelligente qui était un plaisir. parler, notant qu'elle l'a aidé à appliquer ses connaissances mathématiques à ses recherches.
« Elle et moi étions de bons amis et elle était très intéressée par mon travail.Semyon m'a aidé lorsque j'ai formulé des équations différentielles pour expliquer le flux de chaleur provoqué par la courbure », a déclaré Gliksman."Nous avons passé beaucoup de temps à discuter de mes équations et de la manière de les formuler, de leurs limites, etc. Elle était la seule personne que j'ai consultée et elle m'a été très utile pour formuler la théorie mathématique et m'aider à bien faire les choses."
Informations complémentaires : Martin E. Gliksman et al., Laplacien de surface du potentiel thermochimique interfacial : son rôle dans la formation du mode solide-liquide, npj Microgravity (2021).DOI : 10.1038/s41526-021-00168-2
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