التخطي إلى المحتوى

قام فريق دولي من الباحثين بحل ظاهرة محيرة حيث تظهر هياكل تشبه الدوامة بشكل غريب بين المواد المترسبة على المكونات الهندسية المستخدمة في أماكن متعددة – من المكوكات الفضائية إلى الأدوات المنزلية ومركبات النقل اليومية.

قد يؤدي الاكتشاف في النهاية إلى تحسين كفاءة عملية ترسيب “الرذاذ البارد” (CS) التي تتشكل منها هذه الهياكل – وهو اعتبار غير مهم من منظور مالي ، أو من منظور وظيفي نظرًا لأن بعض المواد التي تم إنشاؤها بواسطة CS هي دفعت إلى الحد الأقصى في الفضاء الخارجي.

يظهر الاكتشاف على الغلاف الأمامي للمجلة الدولية ، المواد والتصميم.

الرش البارد (CS) وكفاءة الترسيب (DE)

يتيح CS تشكيل الطلاءات ، المعدنية عادةً ، فوق مادة الركيزة. هذه التقنية مفيدة للغاية لأنها لا تتطلب من المهندسين الوصول إلى درجة حرارة انصهار المواد لدمج الطلاء والركائز.

يتم دفع الجسيمات (أو المسحوق المعدني) التي يبلغ قطرها النموذجي حوالي حجم شعرة الإنسان بسرعات تفوق سرعة الصوت عبر غاز متسارع فوق سطح ركيزة.

تشوه البلاستيك هو المفتاح في هذه العملية ؛ يتشوه كل جسيم صغير عند التأثير ويطلق عملية ربط معقدة تؤدي إلى التصاق الركيزة والتصاق الجسيمات بعد تشكيل طبقة الترسيب الأولى.

ومع ذلك ، لا تلتصق كل الجسيمات. تقيس كفاءة الترسيب (DE) نسبة الترسيب مقابل الارتداد. على سبيل المثال ، تعني قيمة DE بنسبة 50٪ أن 50٪ فقط من الجسيمات المتدفقة الواردة قد التصقت بمنطقة الطلاء.

يعد عدم الكفاءة في العملية عقبة رئيسية نظرًا لكونها تقنية باهظة الثمن ، لذا فإن زيادة الكفاءة (وخفض التكاليف) هي محور تركيز البحث الرئيسي.

الهياكل الشبيهة بالدوامة

لبعض الوقت ، كان المهندسون يرصدون هياكل غريبة تشبه الدوامة في موقع الواجهة ، بين الطلاءات والركائز. إنها أصغر بكثير من الجسيمات ، مما يمثل لغزًا: ما هي وكيف تتشكل؟

علاوة على ذلك ، لا تظهر هذه الهياكل دائمًا ، وعندما تظهر ، فإنها تظهر بطريقة عشوائية نوعًا ما.

تعاون روكو لوبوي ، الأستاذ المساعد في كلية ترينيتي كوليدج للهندسة في دبلن ، وهو قائد العمل ، مع زملاء وخبراء مقربين في الصين والولايات المتحدة وجمهورية التشيك ومع مختبر الفحص المجهري المتقدم (AML) في ترينيتي لحل اللغز.

هو قال:

اكتشفنا أن دوامات الواجهة تتشكل فقط عندما لا تعمل عملية CS بشكل جيد ، وبالتالي يكون لها قيم منخفضة لـ DE. في ظل كفاءة الترسيب المنخفضة ، ترتد معظم جزيئات الرش بعد تأثيرها. من خلال التسبب في تشوه بلاستيكي شديد لطلاء الطبقة الأولى والركيزة ، ينتج عن ذلك “تأثير المطرقة ، مما يؤدي إلى تكوين الدوامات.

يعتمد هذا التكوين أيضًا على تركيبة مادة الطلاء الركيزة حيث يجب أن تحتوي مواد الطلاء على كثافة عالية بما يكفي لتوليد طاقة كافية لإنشاء تشوه كبير من البلاستيك لطلاء الطبقة الأولى والركيزة. بالإضافة إلى ذلك ، لا يمكن أن تكون مواد الركيزة شديدة الصلابة بحيث يمكن إحداث تشوه بلاستيكي عليها.    

من المحتمل أن يساعد اكتشافنا في تحسين الالتصاق بين الطلاءات التي يتم رشها على البارد والركائز. للاستفادة من ذلك ، مع الحفاظ على الاقتصاد المعقول للعملية ، يمكن للمرء أولاً إنشاء واجهة مختلطة من خلال ترسيب منخفض DE ، متبوعًا بإنتاج الطلاء باستخدام معلمات معالجة محسّنة. 

وأضاف شو ين ، الأستاذ المساعد في كلية ترينيتي للهندسة ، وهو المؤلف الأول في الورقة والعالم الرئيسي في هذا العمل:

لقد كان هذا جهدًا كبيرًا متعدد التخصصات وألقى بعض الضوء على ظاهرة حيرت المجتمع لبعض الوقت. لا تعمل عملية CS من خلال ذوبان مادة اللقيم ، وهو أمر مفيد لأنه يعني أن هناك مناطق محدودة لا تتأثر بالحرارة ، أو تغييرات في البنية المجهرية ، أو تشوهات تدعو للقلق بشأن المنتجات النهائية.

على الرغم من التقدم المحرز ، لا تزال CS عملية قيد التطوير ، لذلك يركز جزء من عملنا على تحسين أداء الترسيب ، وجودة الطلاء ، وقوة رابطة طلاء الركيزة. نأمل أن يفتح هذا الاكتشاف الباب لمزيد من التحسينات على هذه الجبهة.

التعليقات

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *