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    科学家研究材料的特性:材料科学家已经开发出一种模型,可以根据材料特性预测金属的摩擦行为极限-您可以在材料上施加多大的力
    2021年05月08日    阅读量:535    新闻来源:中国建材网 cnprofit.com  |  投稿

    通常,裸金属与裸金属滑动并不是一件好事。例如,摩擦会破坏发动机中的活塞,而无需润滑。


    但是,有时功能需要金属上的金属接触,例如在耳机插孔或风力涡轮机的电气系统中中国建材网cnprofit.com。但是,摩擦会导致磨损,磨损会破坏性能,因此很难预测何时会发生这种情况。


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    桑迪亚国家实验室(Sandia National Laboratories)材料科学家Nicolas Argibay和迈克尔·钱德罗斯(Michael Chandrosss)及其同事开发了一种模型,可以根据材料的特性预测金属的摩擦行为极限-推挤材料的强度或在停止工作之前可以承受多少电流适当地。


    他们在受邀的演讲,最近的2016年戈登摩擦学研究会议以及在同行评审的论文中(包括最近的材料科学期刊)发表了他们的研究结果。


    他们的模型可能会改变电接触的世界,从而影响从电动汽车到风力涡轮机的行业。了解金属触点故障的根本原因可以使工程师介入并解决问题,并有可能为新材料设计开辟更多的道路。


    将科学与工程应用联系起来


    “这是进行设计的工具,也是进行科学的工具,”阿吉巴伊说。“实际上,基础科学与工程应用之间存在着联系。”


    关于如何预测金属的摩擦行为的发现始于对项目专用材料的研究。


    “这是一个时刻,您不必说'材料行为就是这样,因为我们在这些条件下对其进行了测量',然后说'我可以告诉您可以在什么条件下运行并获得所需的行为,” ” Argibay说。“实际上,我们提供了开发新材料的指导原则。”


    设计人员在一定的工作条件下根据工程经验法则来选择材料,这是传统的常识,即较硬的材料产生的摩擦较小。


    但是,桑迪亚的研究表明,微观结构的稳定性支配着工程师所关心的摩擦行为,这改变了工程师在表征和选择材料时如何思考设计。


    该团队研究了纯金属,例如金和铜,以通过研究最简单的系统来解决摩擦问题。他们说,一旦他们了解了纯金属的基本行为,就可以更容易地证明这些想法适用于更复杂的结构和更复杂的材料。


    想法始于单独的项目


    这个想法以一种令人费解的方式发展起来,几年前,当钱德罗斯被要求进行模拟以帮助改善硬金涂层(软金和少量其他金属使其变硬)时,就开始了这种想法。金是一种有效的抗腐蚀导体,但通常具有高附着力和摩擦力,因此磨损率很高。


    该项目产生了使Argibay兴奋的论文,后者告诉Chandross他可以进行实验以证明该论文所描述的概念。


    钱德罗斯说:“从那些实验中,整个事情发生了爆炸。”


    Argibay解释说:“我们将纯金属视为一种验证我们从Mike对更复杂系统的分析中得出的假设的方式。” “如果这些想法在更复杂的系统中起作用,那么它们应该在最困难的情况下,通常在最不可能的情况下工作,并且确实可以。”


    桑迪亚(Sandia)的工作对不断增长的风力涡轮机和电动汽车世界产生了影响,在这些世界中,公司在竞争中寻求优势。对电动汽车和替代性发电方式的需求可能会扩大,从而产生对新技术的需求。


    Argibay正在帮助设计和开发用于风力涡轮机的原型旋转电触点,该触点始于实验室定向研究与开发(LDRD)项目。


    他说:“基本上,我们要带回被废弃的技术,因为它们并不真正了解材料,也无法使它们在所需的位置和方式工作。”


    新项目正在进行中


    该项目正在探索铜对铜合金的作用,以实现高性能,高效的电接触。这可以使风力涡轮机行业探索以前不可能的设计。


    此外,现在在设备中使用交流电的电触点行业,最终可能会转向直流设备作为更高性能的替代产品。作为一个可能的过渡步骤,桑迪亚的研究人员正在探索金属电触点作为某些应用的替代品,从而避免了设备工作方式的重大变化。


    他们说,如果他们证明理论是正确的,那么工程师可以改变他们对其中某些设备的设计基础的看法。


    后续资金使研究小组能够研究温度的变化,现在Chandross已开始进行LDRD项目,以研究具有其他结构的金属。先前的工作是通过面心立方结构金属完成的。Chandross的项目旨在了解以人体为中心的立方金属(BCC金属)中的摩擦,BCC金属通常用于结构目的。研究人员正在研究铁和钽。


    传统观点认为BCC金属不会产生低摩擦。“这是了解分子尺度或原子尺度机制的例子之一,我们说:'是的,但是只有当您处于不合适的条件下,它们才是坏的。” 如果您处于适当的状况,会发生什么?” 钱德罗斯说。


    BCC金属可以为风力发电和电动汽车开辟更多的设计和工程可能性,从而提高效率并最终降低维护和制造成本。


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