新方法為刀具使用壽命的延長開闢了道路

研究人員開發了一種理論模型，可以模擬硬切削材料降解時的情況。這種模式將使製造業節省時間和金錢。

氮化鈦鋁是一種常用的金屬刀具塗層陶瓷材料。在氮化鈦鋁薄膜的作用下，塗層刀具的切削刃變硬，刀具的使用壽命變長。塗層表面的一個非常特殊的特徵是，它在切割過程中變得更加堅硬，這一現象被稱為時效硬化。

研究人員將這種材料描述為製造業的一匹馱馬。然而，這種合金對高溫很敏感。在一種真正堅硬的材料上進行幾分鐘的切削操作，刀具的切削刃就會受到如此高的壓力，以至於它會被加熱到近900度或更高。在高達700度的溫度下，這種材料是無害的，但在更高的溫度下，它開始降解。邊緣軟化，失去鋒利。到目前為止，還沒有人能夠確定在切割過程中薄膜內部的原子水平上發生了什麼。目前只能對鈦、鋁、氮複合材料的性能進行部分模擬，無法從模擬結果中得出任何結論。

研究人員經過四年的工作開發了一種可靠的理論模型,可以用來表示到底發生了什麼材料,與皮秒時間解析度。他們使用新開發的模型來模擬材料中的事件，顯示出哪些原子被置換，以及這對性能的影響。這也意味著我們可以開發出阻止降解的策略，比如合金化材料或創建特殊設計的納米結構。

他們的理論模型計算了材料中原子間的力。該模型基於一種已成功應用於簡單材料系統的已知方法。然而，複雜的材料組合需要耗費大量時間的計算，而這隻有在超級計算機中才能實現。來自劉的研究小組通過實現人工智慧的前身的機器學習演算法對這些計算進行了優化。超級計算機已經被用來計算大約40種合金的三種元素鈦、鋁和氮，同時觀察材料的幾種性能。然後，科學家們將計算結果與已知的材料性質進行了比較。

研究人員希望該方法能夠應用於製造行業的企業，如Sandvik, ABB, Seco Tools等，通過開發硬度和耐磨性更高的工具，可以節省大量的資金。

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