Иногда, однако, функции требуют металла на металлическом контакте, такой как в гнездах для наушников или электрических системах в ветряных двигателях. Однако, изнашивание причин трения и изнашивание разрушают работу, и было трудно предсказать, когда это произойдет.
До сих пор.Материаловеды Национальных лабораторий Сандиа Николас Арджибей и Майкл Чандросс и коллеги разработали модель, чтобы предсказать пределы поведения трения металлов на основе свойств материалов – как трудно Вы можете спешить материалы или сколько тока Вы можете провести через них, прежде чем они прекратят работать правильно. Они представили свои результаты на приглашенных переговорах, последний раз Конференции по Исследованию Гордона 2016 года по Трибологии, и в рецензируемых газетах, включая недавний Журнал статьи Materials Science.Их модель могла изменить мир электрических контактов, затронув отрасли промышленности с электромобилей на ветряные двигатели.
Понимание фундаментальных причин неудачи в металлических контактах позволяет инженерам вступать и решать проблему, и потенциально освещает больше путей к новым проектам материалов.Соединение науки к техническому применению«Это – инструмент, чтобы сделать дизайн, и это – инструмент, чтобы сделать науку», сказал Арджибей. «Это действительно что связь между фундаментальной наукой и техническим применением».
Открытие того, как предсказать поведение трения металлов, началось как исследование определенных материалов для проектов.«Это – момент, куда Вы идете от просто необходимости сказать, ‘Поведение материалов будет этим, потому что мы измерили его в тех условиях’ к высказыванию, ‘Я могу сказать Вам, в каких условиях Вы можете бежать и получить поведение, которое Вы хотите’», сказал Арджибей. «На самом деле мы предоставляем рекомендации для развития новых материалов».Проектировщики выбирают материалы на основе технических эмпирических правил под определенными условиями работы, используя расхожее мнение, что более твердые материалы создают меньше трения.
Но исследование Сандиа демонстрирует, что стабильность микроструктуры управляет, инженеры поведения трения заботятся о, и это изменяется, как инженеры могут думать о дизайне, когда они характеризуют и выбирают материалы, сказали исследователи.Команда изучила чистые металлы, такие как золото и медь, чтобы сломать проблему трения, смотря на самые простые системы. Как только они поняли фундаментальное поведение чистых металлов, было легче продемонстрировать, что эти идеи относятся к более сложным структурам и более сложным материалам, сказали они.Идея началась с отдельного проекта
Идея развивалась замысловатым способом, начинаясь несколько лет назад, когда Chandross попросили относительно моделирований помочь улучшить твердые золотые покрытия – мягкое золото с незначительным количеством другого металла, чтобы сделать ее тяжелее. Золото – эффективный, стойкий к коррозии проводник, но обычно имеет высокое прилипание и трение – и таким образом высокое изнашивание.Тот проект произвел статью, которая взволновала Argibay, который сказал Чандроссу, что он мог сделать эксперименты, чтобы доказать понятия описанная бумага.«Из тех экспериментов все это взорвалось», сказал Чандросс.
«Мы посмотрели на чистые металлы как на способ утвердить некоторые гипотезы, которые мы имели от анализа Майка более сложных систем», объяснил Арджибей. «Если эти идеи работают в более сложных системах, они должны работать в самом трудном сценарии, наименее вероятном сценарии традиционно, и они сделали».Работа Сандиа имеет последствия для растущих миров ветряных двигателей и электромобилей, где компании ищут край по соревнованию. Спрос на электромобили и альтернативные способы сделать электричество, вероятно, расширит и в свою очередь создаст спрос на новые технологии.Argibay помогает проектировать и развивать ротацию прототипа электрический контакт для ветряных двигателей, которые начали как Лабораторное Целенаправленное исследование и развитие (LDRD) проект.
«В основном мы возвращаем технологии, от которых отказались, потому что они действительно не поняли материалы и не могли заставить их работать, где и как они хотели», сказал он.Новые проекты продолжаютсяПроект исследует медь против медного сплава для высокоэффективного, эффективного электрического контакта. Это могло позволить промышленности ветряного двигателя исследовать проекты, которые не были возможны прежде.
Кроме того, электрической промышленности контактов, которая теперь использует переменный ток в устройствах, могло бы наконец удаться обращаться к устройствам постоянного тока как более высокие исполнительные альтернативы. Как возможный временный шаг, исследователи Сандиа исследуют металлические электрические контакты как общедоступное для некоторых заявлений, избегая существенных изменений в том, как устройства работают.
Если они демонстрируют, что теория нормальная, то инженеры могут измениться, как они думают об основных принципах дизайна в некоторых из этих устройств, сказали они.Финансирование продолжения позволило команде изучать переменную температуры, и теперь Chandross начал проект LDRD посмотреть на металлы с другими структурами.
Предыдущая работа была сделана с гранецентрированными кубическими структурированными металлами. Проект Чандросса стремится понять трение в сосредоточенных на теле кубических металлах, металлах РАССЫЛКИ ПЕРВЫХ ЭКЗЕМПЛЯРОВ, обычно используемых в структурных целях.
Исследователи смотрят на железо и тантал.Расхожее мнение держится, что металлы РАССЫЛКИ ПЕРВЫХ ЭКЗЕМПЛЯРОВ не произведут низкое трение. «Это – один из тех случаев, где понимание молекулярного масштаба или механизмов на уровне атомов заставило нас говорить, ‘Да, но они плохи, только если Вы не находитесь в правильных условиях’. Что происходит, когда Вы находитесь в правильных условиях?» Чандросс сказал.
Металлы РАССЫЛКИ ПЕРВЫХ ЭКЗЕМПЛЯРОВ могли открыть больше дизайна и технических возможностей для поколения энергии ветра и электромобилей, повысив эффективность и в конечном счете уменьшив затраты на обслуживание и производственные затраты.