新方法为刀具使用寿命的延长开辟了道路

新方法为刀具使用寿命的延长开辟了道路

研究人员开发了一种理论模型，可以模拟硬切削材料降解时的情况。这种模式将使制造业节省时间和金钱。

氮化钛铝是一种常用的金属刀具涂层陶瓷材料。在氮化钛铝薄膜的作用下，涂层刀具的切削刃变硬，刀具的使用寿命变长。涂层表面的一个非常特殊的特征是，它在切割过程中变得更加坚硬，这一现象被称为时效硬化。

研究人员将这种材料描述为制造业的一匹驮马。然而，这种合金对高温很敏感。在一种真正坚硬的材料上进行几分钟的切削操作，刀具的切削刃就会受到如此高的压力，以至于它会被加热到近900度或更高。在高达700度的温度下，这种材料是无害的，但在更高的温度下，它开始降解。边缘软化，失去锋利。到目前为止，还没有人能够确定在切割过程中薄膜内部的原子水平上发生了什么。目前只能对钛、铝、氮复合材料的性能进行部分模拟，无法从模拟结果中得出任何结论。

研究人员经过四年的工作开发了一种可靠的理论模型,可以用来表示到底发生了什么材料,与皮秒时间分辨率。他们使用新开发的模型来模拟材料中的事件，显示出哪些原子被置换，以及这对性能的影响。这也意味着我们可以开发出阻止降解的策略，比如合金化材料或创建特殊设计的纳米结构。

他们的理论模型计算了材料中原子间的力。该模型基于一种已成功应用于简单材料系统的已知方法。然而，复杂的材料组合需要耗费大量时间的计算，而这只有在超级计算机中才能实现。来自刘的研究小组通过实现人工智能的前身的机器学习算法对这些计算进行了优化。超级计算机已经被用来计算大约40种合金的三种元素钛、铝和氮，同时观察材料的几种性能。然后，科学家们将计算结果与已知的材料性质进行了比较。

研究人员希望该方法能够应用于制造行业的企业，如Sandvik, ABB, Seco Tools等，通过开发硬度和耐磨性更高的工具，可以节省大量的资金。