2019-03-09 09:28:02
新方法为切割具有更长使用寿命的刀具开辟了道路

路易平大学的研究人员已经开发出一种理论模型,可以模拟显示硬切削材料降解时发生的情况。该模型将使制造业节省时间和金钱。该模型已发表在开放获取科学期刊Materials上。

钛 - 氮化铝是通常用作金属切削工具涂层的陶瓷材料。借助于钛 - 氮化铝薄膜,涂覆工具的切削刃变得更硬,并且工具的寿命更长。涂层表面的一个显着特征是在切割过程中它变得更加硬,这种现象称为时效硬化。

林雪平大学材料科学副教授Kostas Sarakinos将这种材料描述为制造业的主力。

然而,该合金对高温敏感。在真正坚硬的材料中进行几分钟的切割操作使切削刃承受如此高的压力,使其被加热到接近900度或更高。在高达700度的温度下,材料不受伤害,但在较高温度下会开始降解。边缘软化并失去锋利度。

到目前为止,还没有人能够确定在切割过程中薄膜内部原子水平发生了什么。只能部分模拟钛,铝和氮的复杂组合的性质,并且不可能从结果中得出任何结论。

Georgios Almyras曾在纳米尺度工程部担任博士后研究员,现在转到爱立信理论物理系的Davide Sangiovanni,以及林雪平大学纳米工程部门负责人Kostas Sarakinos,花了四年时间开发一个可靠的理论模型,可用于准确显示材料中的皮秒时间分辨率。他们使用新开发的模型来模拟材料中的事件,显示哪些原子被移位以及这对于属性的后果。

“这也意味着我们可以制定策略来阻止退化,例如合金化材料或创建特别设计的纳米结构,”Davide Sangiovanni说。

他们的理论模型计算材料中原子之间的力。该模型基于先前已知的方法,该方法已成功用于简单材料系统。然而,复杂的材料组合需要时间要求高的计算,这些计算只能在超级计算机中进行。来自LiU的研究小组通过实施人工智能的前身机器学习算法来优化这些计算。

然后,LiU国家超级计算机中心的超级计算机用于计算钛,铝和氮三种元素的约40种合金,同时考虑材料的几种性质。然后,科学家们将计算结果与材料的已知特性进行了比较。

“协议非常好,”Kostas Sarakinos说。 “重要的是我们还计算了我们所知道的属性,因为我们可以确定模型的计算和预测是可靠的。”

研究人员希望这种方法对于制造业中的公司很有用,例如山特维克,ABB,山高刀具等,通过开发具有更高硬度和耐磨性的工具可以节省大量资金。这些是LiU研究人员与之签订长期合作协议的公司。

“我们现在可以首次在最常用于金属切割和成型的材料系统之一中进行大规模的原子结构经典模拟。模拟可以考虑对热或纳米结构的抵抗力,它们可以提供重要的洞察力原子如何移动。结果将帮助我们避免或至少延迟材料的降解,“Kostas Sarakinos说。

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