Nieuwe test onthult hoe metaal ‘moe wordt’

Karlijn Klei

2020-10-11 12:00:47

metaal

Door ‘slijtend’ nikkel onder de loep te nemen, maakten onderzoekers stappen richting het ontrafelen van de oorzaken en ontwikkeling van metaalmoeheid.

Hoe sterk een materiaal ook is, als het lang genoeg gebruikt wordt, zal er slijtage plaatsvinden. In het geval van materiaal- of specifieker metaalmoeheid, zorgt vaak lichte, maar aanhoudende, herhaalde belasting ervoor dat een materiaal uiteindelijk bezwijkt. Onderzoekers aan de Johns Hopkins-universiteit hebben een nieuwe methode ontwikkeld waarmee het ontstaan en verloop van deze moeheid in beeld gebracht kan worden. Met de test kunnen breuken in een vroeg stadium voorspeld worden, zo schrijft het team in vakblad Science.

Lees ook: Zijn korte ritjes met een koude motor slecht?

Better safe than sorry

In de vliegindustrie is het gebruikelijk onderdelen met regelmaat te vervangen. Niet zozeer op het moment dat die onderdelen, zoals metalen tandwielen, zichtbaar aan vervanging toe zijn, maar periodiek. In theorie dus ook als ze er op het eerste gezicht nog prima uitzien. Vreemd is deze aanpak niet: liever een onderdeel onnodig vervangen, dan een houden die mogelijk (microscopische) scheurtjes bevat. Die scheurtjes kunnen immers tijdens een vlucht breuken worden – met alle gevolgen van dien.

Helaas komt deze better-safe-than-sorry-aanpak met een flink prijskaartje. Onderzoekers doen dan ook hun best manieren te vinden slijtage van dergelijke (metalen) componenten nauwkeurig te kunnen voorspellen. Toch bleef het vinden van de oorzaak en en vooral ook de ontwikkeling van bijvoorbeeld metaalmoeheid lang uit.

‘Vermoeid’ metaal

Het team achter het nieuwe onderzoek heeft een methode ontwikkeld om het verloop van metaalmoeheid heel nauwkeurig in beeld te brengen. De onderzoekers testten hun methode op nikkel (Ni). Op microscopische schaal oefenden ze snel herhaalde belasting (cyclische stress) op het metaal uit en volgden de ontwikkeling van de schade (lees: metaalmoeheid) die daarmee gemoeid ging.

Wat bleek: het team zag een verband tussen belasting aan het begin van het experiment en de uiteindelijke locatie van een breuk in het metaal. Dat suggereert dat je met deze methode in een vroeg stadium aan de hand van de piepkleine scheurtjes – dan nog op micronschaal – al kunt voorspellen waar het metaal uiteindelijk kapot zal gaan.

De meeste huidige tests om de ontwikkeling van breuken door metaalmoeheid vast te stellen, focussen op het moment vlak voor, of vlak na het ontstaan van de breuk. “We begrijpen nu beter wat ten grondslag ligt aan het ontstaan van breuken”, vertelt coauteur Jaafar A. El-Awady. “De praktische implicatie is dat we voortaan begrijpen en kunnen voorspellen wanneer en hoe een materiaal zal bezwijken.”

Verloop van metaalmoeheid in pure nikkel (Ni). De onderzoekers stellen dat de fundamentele, geïdentificeerde mechanismen ook opgaan voor veel andere metalen. Klik om te vergroten. © Lavenstein et al., 2020/Science

Bronnen: Science, Johns Hopkins University via EurekAlert!

Beeld: Lavenstein et al., 2020/Science

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK! 







Podcast KIJK en luister via JUKE



Meer Nieuws