Fine-tuning legeringen voor gebruik bij hoge temperaturen

Een fenomeen dat verband houdt met het invar-effect - waardoor magnetische materialen zoals nikkel-ijzer (Ni-Fe) legeringen niet uitzetten bij toenemende temperatuur - is ontdekt in paramagnetische of zwak gemagnetiseerde legeringen voor hoge temperaturen.

Het onderzoek, dat een algemene theorie omvat die het nieuwe invar-effect verklaart, belooft het ontwerp van legeringen voor hoge temperaturen met uitzonderlijke mechanische stabiliteit te bevorderen. Afkorting van 'invariant', invar-plasticiteit zorgt ervoor dat magnetisch ongeordende Ni-Fe-legeringen praktisch onveranderlijk vervormingsgedrag vertonen over een breed temperatuurbereik, waardoor ze ideaal zijn voor turbines en ander mechanisch gebruik bij extreem hoge temperaturen.

Het invar-effect is echter nooit volledig begrepen. De nieuwe bevindingen helpen bij het verklaren van de bijzondere eigenschappen bij hoge temperaturen van speciale legeringen die worden gebruikt in straalmotoren, zoals op nikkel gebaseerde superlegeringen. Invar heeft twee bekende effecten:thermische uitzetting en elasticiteit (het vermogen om terug te veren na buigen). Omdat beide effecten verband houden met het samenspel tussen temperatuur en magnetische volgorde, worden ze beschouwd als specifiek voor magnetisch geordende legeringen.

Met behulp van kwantummechanische modellering volgens de eerste principes, identificeerden de onderzoekers hoe invariante plasticiteit ook voorkomt in niet-magnetische legeringen wanneer er een structureel evenwicht bestaat op atomair niveau tussen kubieke en hexagonale dicht opeengepakte structuren. De nieuwe bevinding verbreedt het palet van invar-fenomenen en materiaalsamenstellingen, met duidelijke implicaties voor nieuwe toepassingen.