Исследования MIT Micro-Impacts на 100 миллионов кадров в секунду

Инженеры знают, что крошечные сверхбыстрые объекты могут нанести ущерб космическим аппаратам, но было трудно понять, как именно происходит повреждение, потому что момент удара невероятно краток. Новое исследование от Массачусетского технологического института нацелено на выявление процессов на производстве, которые создают микроскопические кратеры и отверстия в материалах. Надежда состоит в том, что, понимая, как воздействуют воздействия, мы можем иметь более прочные материалы.

Случайные космические воздействия - это не единственное место, где эти механизмы вступают в игру. Существуют также промышленные применения на Земле, такие как нанесение покрытий, укрепление металлических поверхностей и материалов для резки. Более глубокое понимание микроударов может также сделать эти процессы более эффективными. Однако наблюдение таких ударов было непростым.

Для экспериментов команда MIT использовала оловянные частицы диаметром около 10 мкм, ускоренные до 1 километра в секунду. Они использовали лазерную систему для запуска снаряда, который мгновенно испаряет поверхностный материал и выбрасывает частицы, обеспечивая согласованную синхронизацию. Это важно, потому что высокоскоростная камера, направленная на испытательную поверхность (также олово), нуждалась в определенных условиях освещения. В назначенное время второй лазер освещал частицы, позволяя камере следить за ударом со скоростью до 100 миллионов кадров в секунду.

В предыдущих исследованиях микроударов исследователям приходилось полностью полагаться на «посмертный» анализ воздействия удара. Наблюдая за его разворачиванием в реальном времени и сравнивая это с конечным продуктом, выявлено несколько важных факторов. При скоростях выше определенного порога команда обнаружила ключевой период плавления, когда частица попадает на поверхность. Это играет решающую роль в разрушении материала.

Используя высокоскоростные данные камеры, команда разработала модель, которая может предсказать, как частица будет взаимодействовать с поверхностью. Он может отскакивать, палка или выбивать материал и оставлять кратер, который ослабляет поверхность. Это особенно важно в промышленных приложениях, поскольку общепринятая мудрость давно показала, что более высокие скорости являются более эффективными. Теперь мы знаем, что это не всегда так.

Исследования до сих пор были сосредоточены на чистых металлах, но большинство промышленных и космических применений полагаются на сплавы. Расширение теста на большее количество материалов является следующим вопросом повестки дня. Аналогичным образом, исследователи планируют стрельбу частиц на поверхностях от разных углов - эти первоначальные испытания были прямолинейными.