L'applicazione di un pennarello indelebile, colla o nastro adesivo rende metalli gommosi come alluminio, acciai inossidabili, rame e tantalio molto più facili da tagliare per applicazioni industriali. Credito:immagine della Purdue University/Erin Easterling
I tuoi pennarelli indelebili di tutti i giorni, stick di colla e nastro da imballaggio possono offrire una soluzione sorprendentemente low-tech a un fastidio di lunga data nell'industria manifatturiera:rendere morbido e duttile, o metalli cosiddetti "gommosi" più facili da tagliare.
Ciò che rende efficaci gli inchiostri e gli adesivi non è il loro contenuto chimico, ma la loro appiccicosità alla superficie di qualsiasi metallo gommoso come il nichel, alluminio, acciai inossidabili o rame, ricercatori della Purdue University e della University of West Florida trovano in uno studio recentemente pubblicato in Revisione fisica applicata .
Questi adesivi aiutano a ottenere una superficie più liscia, taglio più pulito e più veloce rispetto ai processi di lavorazione attuali, applicazioni di impatto che vanno dalla produzione di impianti ortopedici e strumenti chirurgici ai componenti aerospaziali.
"Un'ampia gamma di prodotti si basa sulla lavorazione di metalli gommosi. Questi potrebbero essere qualcosa che usiamo ogni giorno, come la valvola in un rubinetto del lavandino, o qualcosa di più critico come una parte del compressore nel motore a reazione di un aereo, " ha detto James Mann, assistente professore di ingegneria meccanica presso l'Università della Florida occidentale e alumnus di Purdue.
Se è possibile apportare un miglioramento significativo alla "lavorabilità" di metalli gommosi o leghe, ovvero quanto bene tagliano, forare o smerigliare, quindi c'è la possibilità di ridurre il costo dei prodotti, migliorare le loro prestazioni o consentire design nuovi e migliorati.
"I metalli gommosi si deformano caratteristicamente in modo molto sinuoso, " disse Srinivasan Chandrasekar, Purdue professore di ingegneria industriale. "Questo flusso sinuoso comporta un notevole consumo di energia, il che significa che questi metalli richiedono più forza per essere lavorati anche rispetto ad alcuni metalli duri. Avevamo bisogno di trovare un modo per sopprimere questo flusso sinuoso".
Eliminare le oscillazioni significa che il metallo ora tende ad agire più come una ceramica o un vetro fragile nel punto in cui deve essere tagliato.
Un modo ben noto per rendere fragile il metallo gommoso è rivestendolo con un metallo liquido adatto, come il gallio nel caso dell'alluminio. Metalli liquidi come questi, però, tendono a lavorare troppo bene; diffondendosi attraverso la superficie e facendo sgretolare l'intero metallo in polvere.
"Questo rende il metallo in lavorazione inutilizzabile, "Ha detto Chandrasekar.
I ricercatori di Purdue hanno scoperto una soluzione semplice per tagliare i metalli gommosi teneri (a sinistra) in modo altrettanto pulito e semplice dei metalli duri (a destra). Credito:immagine della Purdue University/Anirudh Udupa
Altri tentativi hanno avuto un successo limitato tendevano a essere tossici oa provocare lacerazioni e crepe sulla superficie lavorata. I ricercatori hanno quindi iniziato a esplorare altri mezzi chimici benigni che avrebbero tagliato più pulito.
La marcatura con inchiostro o l'applicazione di adesivo sulla superficie del metallo ha ridotto drasticamente la forza di taglio senza che l'intero metallo si sfaldi, lasciando un taglio netto in pochi secondi. Anche la qualità della superficie lavorata è notevolmente migliorata.
La viscosità inizialmente non si è distinto come una soluzione che i pennarelli indelebili, stick di colla e nastro hanno in comune.
"Abbiamo esaminato gli ingredienti chimici dell'inchiostro permanente, isolato ciascuno di quelli sulla superficie del metallo, e non c'era alcun effetto evidente, " disse Anirudh Udupa, autore principale dello studio e ricercatore post-dottorato presso la Purdue's School of Industrial Engineering. "Così ci siamo resi conto che non si tratta di una sostanza chimica particolare, ma dell'inchiostro stesso che si attacca al metallo attraverso un meccanismo di adsorbimento fisico".
Il ricercatore di Purdue Anirudh Udupa mostra come marcare la superficie di un metallo gommoso con un inchiostro o un adesivo riduce drasticamente la forza necessaria per tagliarlo. Credito:immagine della Purdue University/Erin Easterling
Anche il pennarello e gli adesivi sembravano funzionare su molti metalli gommosi, indipendentemente dall'utensile da taglio.
"Col senno di poi, possiamo dirvi perché certe cose non hanno avuto successo nel lavoro precedente. Tutto torna all'esistenza di questo flusso sinuoso, " disse Koushik Viswanathan, Purdue ricercatore post-dottorato in ingegneria industriale. "Alcune persone potrebbero aver cercato di tagliare il rame, Per esempio, che era nello stato duro piuttosto che nello stato morbido."
A conoscenza dei ricercatori, utilizzando pennarelli indelebili, colle o nastri per rendere i metalli gommosi più facili da lavorare non comporta alcun rischio ambientale.
Prossimo, Il gruppo di Chandrasekar valuterà il grado di viscosità che funziona meglio per tagliare i metalli gommosi e esplorerà modi per far progredire l'applicazione di questa tecnologia nella pratica industriale.
