Une découverte fondamentale qui modifie notre compréhension actuelle de la façon dont les métaux se solidifient et forment des motifs cristallins peut aider à mieux contrôler les processus de coulée et de soudage. Il explique également comment les flocons de neige et de nombreux motifs minéraux se forment naturellement.

Réexaminant les données de son expérience de 20 ans de la NASA impliquant la congélation et la fusion répétées de matériaux de haute pureté en microgravité, Martin Glicksman, professeur-chercheur en science des matériaux et titulaire de la chaire Allen Henry du Florida Institute of Technology, travailler avec Kumar Ankit à l'École de la matière, Transport et énergie à l'Arizona State University, découvert la façon dont la nature guide la formation de motifs complexes dans des matériaux qui se cristallisent.

Glicksman a découvert un champ d'énergie affectant toutes les substances cristallisantes, qu'il a appelé le champ de polarisation qui, selon lui, est la façon dont la nature guide les microstructures dendritiques cellulaires et ramifiées qui se forment lors de la solidification de la plupart des métaux et alliages.

« Dans les dernières phases de fonte, des cristaux en forme d'aiguilles se sont soudainement transformés en sphères, et ainsi pour la toute première fois, alors que nous regardions des particules stationnaires fondre en microgravité et observions leur changement de forme assez remarquable, " a déclaré Glicksman.

"J'ai dit, " il ajouta, "'Il doit y avoir quelque chose de plus que du bruit.'"

Précédemment, et encore, de nombreux scientifiques pensent que ce qui provoque la formation de motifs est le bruit aléatoire - toute vibration sonore ou perturbations qui agissent sur un matériau en train de se solidifier. Glicksman et Ankit ont découvert une source d'énergie interne subtile - le champ de polarisation - qui module en fait la vitesse de l'interface solide/liquide à petite échelle et finit par créer des structures remarquablement complexes. Cette découverte a été confirmée théoriquement et par des méthodes de simulation avancées.

"Nous avons eu la chance de réaliser des expériences en microgravité, où l'idée de champ de biais a été initialement suggérée pour expliquer l'apparition de modèles de fusion inhabituels, " a déclaré Glicksman. " Nous avons maintenant une théorie thermodynamique solide et des preuves pour étayer cette idée. "

Glicksman et Ankit ont récemment publié leurs résultats prouvant l'existence de champs de biais dans la revue Métaux .

Parce que le processus de solidification des métaux produit des micro-modèles internes en forme de branche qui perturbent l'homogénéité chimique des matériaux coulés, avoir une meilleure compréhension du rôle du champ de polarisation dans leur formation ouvre la voie aux ingénieurs pour apporter des améliorations aux matériaux moulés et soudés couramment utilisés dans tout, des automobiles et des avions aux instruments médicaux.

« Si nous attendons des améliorations dans la structure des moulages, soudures et autres procédés de solidification, nous devons connaître et appliquer la bonne physique, " a déclaré Glicksman. " Cette découverte pourrait potentiellement conduire à des améliorations des procédés métallurgiques. "