ENGINEERINGNET.BE - RUG ingenieur Francesco Maresca, deelnemer van dit team, richt zich op hoge-entropie legeringen: complexe legeringen met vijf of meer toegevoegde elementen, die allerlei nuttige eigenschappen hebben.
Een van die eigenschappen is sterkte bij hoge temperatuur, wat belangrijk is voor toepassingen van turbines tot kernreactoren.
Een belangrijke factor die sterkte bij hoge temperatuur bepaalt in legeringen van zogeheten kubisch ruimtelijk gecentreerde kristallen is een proces dat schroefdislocatie heet, waarbij de atomen in een deel van de gelaagde structuur van het kristal een helix-patroon gaan vormen. ‘Deze dislocaties zijn heel lastig te modelleren op atomaire schaal’, stelt Maresca.
Een ander soort defect in deze kristallen is randdislocatie, waarbij een extra laag in de kristalstructuur ontstaat. Randdislocatie is veel eenvoudiger te modelleren, dus maakte Maresca een atomair model voor dit soort dislocaties in hoge-entropie legeringen.
Dat vertaalde hij vervolgens naar een script voor het veelgebruikte simulatieprogramma MATLAB, waarmee hij de sterkte van miljoenen legeringen bij hoge temperatuur in enkele minuten kan voorspellen.
De uitkomst van de simulatie is een grafiek van sterkte uitgezet tegen temperatuur voor de verschillende legeringen.
‘Met onze resultaten kun je bijvoorbeeld zien welke legeringen je een specifieke sterkte geven bij bijvoorbeeld 1300 graden Kelvin. Op die manier kun je de eigenschappen van materiaal bij hoge temperaturen uitkiezen.’
De theoretische resultaten zijn te gebruiken om legeringen met nieuwe eigenschappen te maken, of alternatieve samenstellingen voor bestaande legeringen te vinden als bijvoorbeeld een van de benodigde elementen moeilijk te krijgen is.
Het model is gevalideerd door twee verschillende legeringen te maken en de voorspelde sterkte in de praktijk te meten. Met experimentele technieken is ook bevestigd dat randdeformatie daarvoor inderdaad belangrijk is.
Dit model bevestigde dat schroefdislocatie niet de belangrijkste factor is voor de sterkte van complexe hoge-entropie legeringen.
De ontdekking dat juist de randdeformatie belangrijk is, was een flinke verrassing en een die een eenvoudige, op theorie gebaseerde methode oplevert om nieuwe complexe legeringen te ontwikkelen.
- 23/09/2021
Sneller nieuwe legeringen dankzij simulatieprogramma
Een internationaal onderzoeksteam heeft een theoretisch model ontwikkeld, waarmee snel de sterkte bij hoge temperatuur van miljoenen verschillende legeringen is te voorspellen.
( Foto: Rijksuniversiteit Groningen )
