Superlegeringen die bestand zijn tegen extreem hoge temperaturen zouden binnenkort nog fijner kunnen worden afgestemd op specifieke eigenschappen zoals mechanische sterkte, als resultaat van nieuwe bevindingen die vandaag zijn gepubliceerd.

Een fenomeen dat verband houdt met het invar-effect - waardoor magnetische materialen zoals nikkel-ijzer (Ni-Fe) legeringen niet kunnen uitzetten bij toenemende temperatuur - is naar verluidt ontdekt in paramagnetische, of zwak gemagnetiseerd, legeringen op hoge temperatuur.

Levente Vitos, Professor aan het KTH Royal Institute of Technology in Stockholm, zegt het baanbrekende onderzoek, die een algemene theorie bevat die het nieuwe invar-effect verklaart, belooft het ontwerp van legeringen voor hoge temperaturen met uitzonderlijke mechanische stabiliteit vooruit te helpen. Het artikel is gepubliceerd in de Proceedings van de National Academy of Sciences van de Verenigde Staten van Amerika. Onder leiding van Vitos, het onderzoeksteam bestond uit KTH-onderzoekers Zhihua Dong, Wei Li en Stephan Schönecker.

Afkorting van 'invariant, Dankzij de invar-plasticiteit kunnen 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, en Vitos zegt dat deze 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, bijvoorbeeld). Omdat beide effecten verband houden met het samenspel tussen temperatuur en magnetische orde, ze worden beschouwd als specifiek voor magnetisch geordende legeringen.

Met behulp van eerste-principes kwantummechanische modellering, de onderzoekers ontdekten hoe invariante plasticiteit ook voorkomt in niet-magnetische legeringen, wanneer er op atomair niveau een structureel evenwicht bestaat tussen kubische en hexagonale dicht opeengepakte structuren.

De nieuwe ontdekking komt voort uit een langdurige samenwerking met de industrie om alternatieven te vinden voor kankerverwekkend kobalt in harde metalen, zoals snijgereedschappen. Vitos zegt dat deze bevinding het palet van invar-fenomenen en materiaalsamenstellingen verbreedt, met duidelijke implicaties voor nieuwe toepassingen.

"Onze bevindingen creëren een nieuw platform voor het afstemmen van eigenschappen bij hoge temperaturen van technologisch relevante materialen voor plastic stabiliteit bij verhoogde temperaturen, " hij zegt.