sterker, aansteker, goedkopere materialen zijn de naam van het spel in geavanceerde productie. Kosten laag houden voor materialen die gelijk, zo niet meer, effectiever is dan de vorige, is hoe bedrijven vooruit komen - en, theoretisch, als de consument wint.

Maar wat als sterker, lichter en goedkoper betekent een kortere levensduur van materialen die in auto's worden gebruikt? Dat is het probleem dat een internationaal onderzoeksteam onder leiding van de westerse materiaalingenieur Hamidreza Abdolvand aanpakte in een nieuwe studie gepubliceerd door de invloedrijke tijdschriften Acta Materialia en Communications Materials.

Abdolvand, samen met afgestudeerde Western Engineering-student Karim Louca en medewerkers van de European Synchrotron Radiation Facility en Arts et Métiers ParisTech, ontdekte belangrijke factoren die bijdragen aan de vervorming (verandering van vorm) van metalen die worden gebruikt in auto's en kernreactoren, en ontwikkelde nieuwe modellen om de levensduur van deze materialen te voorspellen.

De eerste stap in de ontdekking, zei Abdolvand, was een beter begrip van "twinning" - een proces van kristalheroriëntatie dat plaatsvindt bij de bouwstenen van nanoformaat van vaste materialen die vervorming ondergaan.

"De rol van een tweeling is erg belangrijk in de materiaalkunde, en op dit moment is het een uitdaging voor de wetenschappelijke gemeenschap om ze te voorspellen, omdat hun aanvang een snel proces is, " zei Abdolvand, die de studie leidde. "Met mijn team en medewerkers, we wilden weten hoe ze initiëren, onder welke voorwaarden, en wat ze doen met de eigenschappen van de materialen."

Tweelingen worden gevormd wanneer belasting wordt uitgeoefend op, bijvoorbeeld, zirkonium of magnesium. De eerste wordt gebruikt in kernreactoren en de laatste in auto's. Tweelingen kunnen soms verdwijnen wanneer dezelfde belasting wordt verwijderd of omgekeerd, en het proces van twinning kan goed en slecht zijn, Abdolvand legde uit:het kan de taaiheid van materialen verbeteren - waardoor ze meer vatbaar zijn voor hervormen zonder te breken - maar het kan er ook voor zorgen dat ze breken, afhankelijk van de belasting en de plaatselijke belasting.

Lang voor de COVID-19 pandemie, Abdolvand en zijn team reisden naar Frankrijk om samen te werken met ESRF bij het uitvoeren van 3-D synchrotron-röntgendiffractie-experimenten op auto- en kernreactoronderdelen met ESRF's ID11-bundellijn - een baanbrekende set apparatuur die door wetenschappers over de hele wereld wordt gebruikt.

"Het doel was om te begrijpen wat er op atomair niveau gebeurt en dat te relateren aan hoe het materiaal werkt, " zei Jonathan Wright, ID11 beamline-wetenschapper bij ESRF.

Naar aanleiding van de experimenten, Louca heeft de meer dan 4 terabyte (4, 000 gigabytes) aan diffractiebeelden verzameld. "Zijn bijdrage was van vitaal belang voor dit project en zijn harde werk is voorbeeldig, ' zei Abdolvand.

Volgende, de onderzoekers combineerden hun resultaten met kristalplasticiteitsmodellering om de vorming en vernietiging van tweelingen te bestuderen. Met behulp van zeer dunne monsters, ze oefenden belasting uit en ontdekten dat tijdens vroege stadia van plasticiteit, twinning vond plaats met stress, maar dat de stress zou afnemen bij verder laden.

"Deze bevindingen zijn van vitaal belang bij de ontwikkeling van nieuwe modellen waarmee fabrikanten en onderzoekers kunnen voorspellen wat er met een materiaal zal gebeuren en op welk punt dit materiaal zal falen of breken, ' zei Abdolvand.

Er is een nieuw model ontwikkeld voor materialen die twin is ontwikkeld en de preprint wordt momenteel beoordeeld.