In een gezamenlijke studie met Equal Channel Angular Extrusion (ECAE), een uniek proces van ernstige plastische vervorming (SPD), onderzoekers Dr. Ibrahim Karaman van de Texas A&M University en Drs. Don Susan en Andrew Kustas van Sandia National Laboratories waren in staat om de mechanische eigenschappen van magnetische legeringen te verbeteren zonder hun magnetische eigenschappen te veranderen door middel van microstructurele verfijning. Dit proces is in het verleden als lastig gebleken.

De productie van hoogwaardige magnetische legeringen en andere intermetallische stoffen zou bijzonder nuttig kunnen zijn in de ruimtevaart en verkenning van de ruimte, waar materialen zware omstandigheden moeten doorstaan, waaronder extreme temperaturen, schok, en trillingen.

ECAE dwingt een staaf van metallisch of polymeer materiaal in een hoek van 90 graden door een matrijskanaal. Dit proces induceert SPD zonder enige veranderingen in het dwarsdoorsnede-oppervlak van het monster.

Oorspronkelijk werkten de onderzoekers van Sandia National Laboratories en Texas A&M samen aan een ander onderwerp met betrekking tot legeringen met vormgeheugen. Ze realiseerden zich snel het potentieel van het combineren van de sterke punten van hun respectievelijke faciliteiten in een geheel nieuwe studie en pasten de ervaringen vervolgens toe op magnetische legeringen.

Sandia zag de noodzaak in om magnetische legeringen in bulk te vervaardigen met superieure mechanische eigenschappen. Omdat ECAE de microstructuur van materialen drastisch kan veranderen zonder de dwarsdoorsnede te beïnvloeden, grotere monsters met afmetingen groter dan één inch zouden kunnen worden geproduceerd terwijl tegelijkertijd de mechanische eigenschappen worden verbeterd.

"Ik was aanvankelijk sceptisch over het vergroten van de sterkte van de specifieke materialen terwijl de magnetische eigenschappen onaangetast bleven, " zei dr. Ibrahim Karaman, afdelingshoofd van de afdeling Materials Science and Engineering bij Texas A&M. "Echter, door samenwerking met Sandia-wetenschappers, we konden bereiken waar we van droomden en dat leidde tot een patentaanvraag voor door ECAE verwerkte zachtmagnetische legeringen."

Onderzoekers van Texas A&M voerden de ECAE-verwerking en enkele microstructurele karakterisering en mechanische tests uit. Sandia nam deze bevindingen en voerde verdere microstructurele en mechanische karakterisering en testen van magnetische eigenschappen uit.

"ECAE-proces is de afgelopen twee decennia een belangrijk onderdeel geweest van het materiaalverwerkingsonderzoek van Texas A&M en we hebben deze techniek met succes toegepast op veel onconventionele materialen, ' zei Karaman.

"ECAE wordt traditioneel toegepast op gangbare materialen zoals aluminium, koper, of staal, " zei Dr. Don Susan, hoofd technische staf bij Sandia, die eraan toevoegde dat deze materialen kneedbaar waren en gemakkelijk te manipuleren, waarbij ze gemakkelijk de vorm van de matrijs aannamen. "Dit werk was baanbrekend omdat het ECAE probeerde op een brosse intermetallische legering."

Conventioneel een proces bij koude temperatuur, het team moest experimenteren met ECAE bij hoge temperaturen die nog niet uitgebreid waren onderzocht in magnetische legeringen.

"Sandia-wetenschappers wilden ECAE toepassen op magnetische legeringen met een lage sterkte en extreme brosheid, zoals Fe-Co-V, ' zei Karaman.

Als resultaat, hun werk was in staat om aan te tonen dat ECAE kan worden uitgevoerd in extreme verwerkingsomstandigheden, waarbij hoogwaardige legeringen worden geproduceerd die bestand zijn tegen veeleisende mechanische omgevingen.

"We denken dat er mogelijkheden zijn om ECAE toe te passen op andere intermetallische legeringen, zoals Fe-Si of Ni-Ti, om hun microstructuren te verfijnen en ook de eigenschappen te verbeteren, " zei Susan. "Deze experimenten hebben de deur geopend voor verdere studies in het veld."

"Nu streeft Sandia naar een opschaling van het proces met een spin-off bedrijf uit Texas A&M om de magnetische en mechanische eigenschappen van deze magnetische legeringen op industriële schaal te controleren. "zei Karaman. "Het is opwindend voor ons om de vruchten van onze gezamenlijke samenwerking te zien."

De bevindingen worden elektronisch gepubliceerd op Cambridge Core in Tijdschrift voor materiaalonderzoek door de Cambridge University Press.