Dragen, corrosie, materiaalmoeheid - deze tekenen van degradatie komen voor bij de meeste materialen. Dit maakt het des te belangrijker om schade vroegtijdig op te sporen, liefst op microschaal. Hiervoor worden vaak magnetische testmethoden gebruikt, wat voorheen onmogelijk was met niet-magnetisch staal. Onderzoekers uit Kaiserslautern en Mainz hebben nu een proces ontwikkeld waarbij ze een dunne magnetische laag op staal aanbrengen. Veranderingen in de microstructuur kunnen dus worden gedetecteerd door veranderingen in magnetische effecten. Ook materialen zoals aluminium kunnen op deze manier getest worden. De studie werd gepubliceerd in de Journal of Magnetism and Magnetic Materials .

Staal is een van de meest gebruikte materialen. Het wordt in veel varianten gebruikt, waaronder roestvrij staal, sterk gehard en gehard staal, en laaggeprijsd constructiestaal. Staalsoorten kunnen magnetisch of niet-magnetisch zijn. Ze worden gebruikt in bestek, in voertuigcomponenten of in stalen liggers voor gebouwen en bruggen. Soms, staal wordt blootgesteld aan hoge temperaturen of stress. "Dit kan leiden tot microstructurele veranderingen, scheuren of defecte onderdelen, " zegt dr. Marek Smaga, die onderzoeker is bij de afdeling Materials Science onder professor Dr. Tilmann Beck aan de Technische Universität Kaiserslautern (TUK). Experts spreken in dit verband van materiaalmoeheid. Dergelijke schade is in eerste instantie alleen zichtbaar op microniveau. Zelfs met magnetische testmethoden, het is nog niet mogelijk om veranderingen in deze schaal in niet-magnetisch staal in een vroeg stadium te detecteren.

Ingenieurs van de TUK en natuurkundigen van de Johannes Gutenberg-Universiteit Mainz (JGU) presenteren een oplossing in hun huidige onderzoek. Hun techniek maakt gebruik van magnetische effecten, ook al wordt het toegepast op niet-magnetisch materiaal. "Met magnetisch staal, het is mogelijk om veranderingen in de structuur vroeg op te merken, " legt de promovendus uit Kaiserslautern Shayan Deldar uit. "Zelfs kleine vervormingen veranderen de magnetische eigenschappen. Dat is te meten met speciale sensortechnologie."

De onderzoekers hebben een niet-magnetisch staal gecoat met magnetische films, elke 20 nanometer dun, bestaande uit terfenol-D, een legering die de chemische elementen terbium bevat, ijzer en dysprosium, of permalloy, een nikkel-ijzerverbinding. Vervolgens controleerden de onderzoekers met een zogenaamde Kerr-microscoop of er in het microscopische bereik spanningen in het staal konden worden gedetecteerd. "Dit wordt bereikt met behulp van het zogenaamde Kerr-effect, " legt Smaga uit, "waardoor de magnetische microstructuren, de zogenaamde domeinen, worden afgebeeld door de polarisatierichting van het licht te roteren."

De wetenschappers onderzochten magnetisch gecoate stalen platen die eerder waren blootgesteld aan mechanische belasting. "We hebben een karakteristieke verandering waargenomen in de magnetische domeinstructuur, " legt Dr. Martin Jourdan uit van het Instituut voor Natuurkunde aan de Johannes Gutenberg Universiteit in Mainz. "Microscopische spanning in niet-magnetisch staal zorgt ervoor dat de magnetisatierichting van de dunne laag verandert."

In vergelijking met conventionele testmethoden, deze methode heeft het voordeel dat tekenen van vermoeidheid veel eerder op microniveau worden gedetecteerd. De methode van de onderzoekers kan in de toekomst worden gebruikt in nieuwe testtechnieken. Bovendien, het is niet alleen interessant voor niet-magnetisch staal, andere materialen zoals aluminium, Ook titanium en bepaalde composietmaterialen zouden van een dergelijke laag kunnen worden voorzien.