Een nieuwe verwarmingsmethode voor bepaalde metalen zou kunnen leiden tot verbeterde aardbevingsbestendige bouwmaterialen.

Tohoku University-onderzoekers en collega's hebben een economische manier gevonden om de eigenschappen van sommige 'vormgeheugen'-metalen te verbeteren, bekend om hun vermogen om terug te keren naar hun oorspronkelijke vorm na te zijn vervormd. De methode zou plaats kunnen maken voor massaproductie van deze verbeterde metalen voor verschillende toepassingen, inclusief aardbevingsbestendige bouwmaterialen.

De meeste metalen zijn gemaakt van een groot aantal kristallen, maar, in sommige gevallen, hun eigenschappen verbeteren wanneer ze zijn gevormd uit een enkel kristal. Echter, monokristallijne metalen zijn duur om te produceren.

Onderzoekers hebben een goedkopere productiemethode ontwikkeld die gebruik maakt van een fenomeen dat bekend staat als 'abnormale korrelgroei'. Door deze methode te gebruiken, de meervoudige 'korrels' van een metaal, of kristallen, groeien onregelmatig, sommigen ten koste van anderen, wanneer het wordt blootgesteld aan hitte.

De techniek van het team omvat verschillende cycli van verwarming en koeling, wat resulteert in een metalen staaf uit één kristal met een lengte van 70 centimeter en een diameter van 15 millimeter. Dit is erg groot in vergelijking met de maten van de huidige staven van vormgeheugenlegering, waardoor het geschikt is voor toepassingen in de bouw en civiele techniek, zegt Toshihiro Omori, de hoofdonderzoeker in het onderzoek.

Om de grote monokristallijne metalen staaf te produceren, een metaallegering wordt verwarmd tot 900°C en vervolgens afgekoeld tot 500°C, vijf keer. Dit wordt gevolgd door vier cycli van verwarmen tot 740°C en vervolgens afkoelen tot 500°C. Eindelijk, het metaal wordt nog een laatste keer verhit tot 900°C. Het weglaten van de cycli van verwarmen (740°C)/koelen (500°C) bij lagere temperatuur leidde niet tot het resultaat met één kristal.

De legering die ze gebruikten, die is gemaakt van koper, aluminium en mangaan, is een bekend vormgeheugenmetaal dat gemakkelijk machinaal te snijden is. Door de grootte van de kristallen van het materiaal te vergroten, wordt de elasticiteit drastisch verbeterd. Het veranderen van de vorm maakt het ook behoorlijk sterk. Deze gecombineerde kenmerken maken het zeer aantrekkelijk voor het bouwen van constructies die bestand zijn tegen aardbevingen.

"Aangezien de huidige techniek voordelig is voor massaproductie van eenkristallen vanwege de eenvoud van het proces, deze bevinding opent de weg voor toepassingen van vormgeheugen eenkristallen voor structurele materialen, zoals voor seismische toepassingen in gebouwen en bruggen, " concluderen de onderzoekers in hun studie gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie .