L'ultima ricerca su metalli e materiali del professore emerito Martin Glicksman del Florida Institute of Technology ha implicazioni per l'industria della fonderia, ma ha anche un profondo legame personale con l'ispirazione di due colleghi defunti.googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2′); });
Lo studio di Gliksman “Laplaciano superficiale del potenziale termochimico interfacciale: il suo ruolo nella formazione del regime delle fasi solide e liquide” è pubblicato nel numero di novembre della rivista congiunta Springer Nature Microgravity.I risultati potrebbero portare a una migliore comprensione del processo di solidificazione dei metalli fusi, consentendo agli ingegneri di costruire motori più duraturi e velivoli più resistenti e di promuovere la produzione additiva.
“Quando si pensa all’acciaio, all’alluminio, al rame – tutti importanti materiali tecnici, alla fusione, alla saldatura e alla produzione di metalli primari – si tratta di industrie multimiliardarie di grande valore sociale”, ha affermato Glicksman.“Capirai che stiamo parlando di materiali e anche piccoli miglioramenti possono essere preziosi.”
Proprio come l’acqua forma cristalli quando congela, qualcosa di simile accade quando le leghe metalliche fuse si solidificano per formare getti.La ricerca di Gliksman mostra che durante la solidificazione delle leghe metalliche, la tensione superficiale tra il cristallo e la massa fusa, nonché i cambiamenti nella curvatura del cristallo man mano che cresce, provocano un flusso di calore anche alle interfacce fisse.Questa conclusione fondamentale è fondamentalmente diversa dai pesi di Stefan comunemente usati nella teoria della fusione, in cui l'energia termica emessa da un cristallo in crescita è direttamente proporzionale alla sua velocità di crescita.
Gliksman notò che la curvatura di un cristallite riflette il suo potenziale chimico: una curvatura convessa abbassa leggermente il punto di fusione, mentre una curvatura concava lo aumenta leggermente.Questo è ben noto in termodinamica.La novità e già dimostrato è che questo gradiente di curvatura provoca un flusso di calore aggiuntivo durante la solidificazione, di cui non si teneva conto nella teoria tradizionale della fusione.Inoltre, questi flussi di calore sono “deterministici” e non casuali, come il rumore casuale, che in linea di principio può essere controllato con successo durante il processo di fusione per modificare la microstruttura della lega e migliorarne le proprietà.
"Quando si congelano microstrutture cristalline complesse, c'è un flusso di calore indotto dalla curvatura che può essere controllato", ha detto Gliksman.“Se controllati da additivi chimici o effetti fisici come pressione o forti campi magnetici, questi flussi di calore nelle fusioni in lega reale possono migliorare la microstruttura e, in definitiva, controllare le leghe fuse, le strutture saldate e persino i materiali stampati in 3D”.
Oltre al suo valore scientifico, lo studio è stato di grande importanza personale per Glixman, grazie in gran parte all'utile supporto di un collega defunto.Uno di questi colleghi era Paul Steen, professore di meccanica dei fluidi alla Cornell University, morto l'anno scorso.Alcuni anni fa, Steen ha aiutato Glicksman nella sua ricerca sui materiali in microgravità utilizzando la meccanica dei fluidi dello Space Shuttle e la ricerca sui materiali.Springer Nature ha dedicato il numero di novembre di Microgravity a Steen e ha contattato Gliksman per scrivere un articolo scientifico sullo studio in suo onore.
“Ciò mi ha spinto a mettere insieme qualcosa di interessante che Paul avrebbe particolarmente apprezzato.Naturalmente, molti lettori di questo articolo di ricerca sono interessati anche all’area a cui ha contribuito Paul, vale a dire la termodinamica delle interfacce”, ha affermato Gliksman.
Un altro collega che ha ispirato Gliksman a scrivere l'articolo è stato Semyon Koksal, professore di matematica, capo dipartimento e vicepresidente degli affari accademici presso il Florida Institute of Technology, morto nel marzo 2020. Gliksman l'ha descritta come una persona gentile e intelligente che era un piacere con cui parlare, notando che lei lo ha aiutato ad applicare le sue conoscenze matematiche alla sua ricerca.
“Lei ed io eravamo buoni amici e lei era molto interessata al mio lavoro.Semyon mi ha aiutato quando ho formulato equazioni differenziali per spiegare il flusso di calore causato dalla curvatura”, ha detto Gliksman."Abbiamo passato molto tempo a discutere delle mie equazioni e di come formularle, dei loro limiti, ecc. Era l'unica persona che ho consultato ed è stata di grande aiuto nel formulare la teoria matematica e aiutarmi a farlo bene."
Ulteriori informazioni: Martin E. Gliksman et al., Laplaciano superficiale del potenziale termochimico interfacciale: il suo ruolo nella formazione della modalità solido-liquido, npj Microgravity (2021).DOI: 10.1038/s41526-021-00168-2
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