Onderzoekers ontwikkelen een commercieel levensvatbaar productieproces met veelbelovende nieuwe klasse metalen

Nanogestructureerde legeringen met een hoge entropie – metalen gemaakt uit een chaotische mix van verschillende elementen – zijn veelbelovend voor gebruik in industrieën zoals de lucht- en ruimtevaart en de automobielsector vanwege hun sterkte en stabiliteit bij hoge temperaturen in vergelijking met gewone metalen.

Maar de productie ervan is duur en energie-intensief. Nu hebben onderzoekers die met de Canadian Light Source (CLS) aan de Universiteit van Saskatchewan (USask) werken een veel goedkopere en gemakkelijkere manier gevonden om ze te maken, waardoor de deur wordt geopend voor commerciële toepassingen.

Michel Haché, materiaalingenieur aan de Universiteit van Toronto, en collega's bevestigden dat elektrodepositie een kosteneffectieve en gemakkelijk opschaalbare manier is om deze legeringen te maken. Elektrodepositie, waarbij metaalionen in water worden opgelost en vervolgens met behulp van een elektrische stroom uit de vloeistof worden getrokken en vaste materialen worden gevormd, is hetzelfde proces dat wordt gebruikt om verchroomde motorfietsonderdelen te maken. De bevindingen zijn gepubliceerd in het journaal Oppervlakte- en coatingtechnologie.

De U of T-groep ontdekte dat legeringen gemaakt van verschillende metalen – nikkel, ijzer, kobalt, wolfraam en molybdeen – temperaturen tot 500°C konden weerstaan, vergeleken met slechts 270°C voor puur nikkel, en sterker en harder waren dan hun minder complexe tegenhangers. “We gebruiken chaos in de materiaalstructuur om interessante eigenschappen naar voren te brengen”, zegt hij.

En ze ontdekten dat hoe meer chaos ze aan een legering toevoegden, hoe beter deze werd – tot op zekere hoogte. Legeringen gemaakt met vier verschillende elementen konden temperaturen weerstaan ​​die 100°C hoger waren dan legeringen gemaakt met slechts drie elementen, maar het toevoegen van een vijfde element leidde niet tot verdere verbeteringen.

Dat is extra mooi, zegt Haché, omdat het makkelijker en goedkoper is om met minder elementen te werken. “Het stelt ons in staat efficiënter te zijn bij het zoeken naar nieuwe toepassingen”, zegt hij.

Deze legeringen kunnen nuttig zijn voor het maken van gereedschappen of onderdelen voor toepassingen waarbij de temperaturen en mechanische spanningen extreem hoog kunnen zijn, zoals in de auto- en ruimtevaartindustrie, zegt Haché. “Overal waar we materialen tot het uiterste proberen te drijven”, zegt hij.