Een eerste onderzoek ter wereld onder leiding van Monash University heeft een techniek en fenomeen ontdekt dat kan worden gebruikt voor het creëren van sterkere, lichtgewicht magnesiumlegeringen die de structurele integriteit in de auto- en ruimtevaartindustrie zouden kunnen verbeteren.

Gepubliceerd in de prestigieuze Natuurcommunicatie op vrijdag, 19 juli, onderzoekers van de Monash University, CSIRO en Chongqing University ontdekten een patroon van segregatie van legeringselementen in tweelinggrenzen door gebruik te maken van röntgenafbeelding met atomaire resolutie bij een veel lagere elektronenspanning.

Ingenieurs zijn voortdurend op zoek naar sterke, lichtgewicht materialen voor gebruik in auto's, vliegtuigen en in hogesnelheidsvoertuigen om de brandstofefficiëntie te verbeteren, aërodynamica, snelheid en gewichtsbelasting.

De bevinding is belangrijk, omdat de vervorming van lichtgewicht magnesium tijdens thermomechanische processen en toepassingen ervoor zorgt dat deze legeringen niet op grotere schaal kunnen worden gebruikt in plaats van staal. Het heeft ook gevolgen voor andere lichte legeringen zoals aluminium en titanium.

"Lichtgewicht magnesium heeft een enorm potentieel voor energie-efficiënte en milieuvriendelijke toepassingen. Maar de segregatie in deze materialen is vatbaar voor schade door elektronenstralen, " hoofdauteur Professor Jian-Feng Nie, van de afdeling Materials Science and Engineering van de Monash University, zei.

"De schade aan de elektronenstraal is het ernstigst wanneer gescheiden opgeloste atomen een enkele atoomkolom worden. Dit heeft invloed op de vormbaarheid, vervormingsgedrag en trek-druksterkte van bewerkte magnesiumproducten.

"We hebben aangetoond dat het mogelijk is om dit probleem op te lossen door röntgenafbeeldingen met atomaire resolutie te gebruiken bij een veel lagere versnellingsspanning van elektronen [120kV] in plaats van 300kV, die algemeen wordt gebruikt.

"We ontdekten verder dat het nieuwe segregatiepatroon het grenspinning-effect met meer dan 30 keer verhoogt, en schakelt het migratiemechanisme van de dubbele grens van de algemeen aanvaarde modus naar een nieuwe."

De onderzoekers gebruikten voor hun onderzoek een magnesiumlegering bestaande uit neodymium en zilver. Deze legering heeft superieure mechanische eigenschappen bij zowel omgevings- als verhoogde temperaturen.

Ze vonden significante verbeteringen in schuifspanning, met 33 keer, en elastische spanningslimiet trad op toen de dubbele grens werd bevolkt met neodymium en zilver.

De verhoogde ladingsdichtheid tussen zilver en neodymium met het magnesium duidde op een sterkere binding en versterking van de tweeling. Naarmate er kracht wordt uitgeoefend, het magnesium wordt naar het neodymium geduwd en weg van het zilver, waardoor een sterker, lichtgewicht legering.

"Ons werk toont aan dat de analyse op atomaire schaal van de structuur en chemie van de segregatie van opgeloste stoffen in metaallegeringen met complexe samenstellingen nu mogelijk is, ' zei professor Nie.