High-temperatuurlegeringen: Nieuwe Invar-effect voor superieure stabiliteit

Een fenomeen gerelateerd aan het Invar-effect — dat magnetische materialen zoals nikkel-ijzer (Ni-Fe) legeringen in staat stelt zich niet uit te rekken bij stijgende temperatuur — is ontdekt in paramagnetische, of zwak gemagnetiseerde, high-temperatuurlegeringen.

Het onderzoek, dat een algemene theorie omvat die het nieuwe Invar-effect uitlegt, belooft de ontwerp van high-temperatuurlegeringen met uitzonderlijke mechanische stabiliteit vooruit te helpen. Invar-plasticiteit — afgeleid van 'invariant' — stelt magnetisch ongerichte Ni-Fe legeringen in staat praktisch invariante deformatiegedrag te vertonen over een breed temperatuurbereik, wat ze ideaal maakt voor turbines en andere mechanische toepassingen bij extreme temperaturen.

Het Invar-effect is echter nooit volledig begrepen. De nieuwe bevindingen helpen de eigenaardige high-temperatuur eigenschappen van speciale legeringen te verklaren die in straalmotoren worden gebruikt, zoals nikkel-gebaseerde superlegeringen. Invar heeft twee bekende effecten: thermische uitrekking en elasticiteit (het vermogen om terug te vieren na buigen). Omdat beide effecten gelinkt zijn aan de wisselwerking tussen temperatuur en magnetische orde, worden ze als specifiek voor magnetisch geordende legeringen beschouwd.

Met behulp van first-principles kwantummechanische modellering identificeerden de onderzoekers hoe invariante plasticiteit ook optreedt in niet-magnetische legeringen wanneer er op atomaire niveau een structurele balans bestaat tussen kubieke en hexagonale dichtst gepakte structuren. De nieuwe bevinding vergroot de palet van Invar-fenomenen en materiaalsamestellingen, met duidelijke implicaties voor nieuwe toepassingen.