Superlegeringar som tål extremt höga temperaturer skulle snart kunna finjusteras ännu mer för specifika egenskaper som mekanisk hållfasthet, som ett resultat av nya rön som publicerades idag.

Ett fenomen relaterat till invar-effekten - som gör att magnetiska material som nickel-järn (Ni-Fe)-legeringar inte kan expandera med ökande temperatur - rapporterades ha upptäckts i paramagnetiska, eller svagt magnetiserad, högtemperaturlegeringar.

Levente Vitos, Professor vid Kungliga Tekniska Högskolan i Stockholm, säger banbrytande forskning, som inkluderar en allmän teori som förklarar den nya invareffekten, lovar att utveckla designen av högtemperaturlegeringar med exceptionell mekanisk stabilitet. Artikeln publicerades i Proceedings of the National Academy of Sciences av Amerikas förenta stater. Leds av Vitos, forskargruppen bestod av KTH-forskarna Zhihua Dong, Wei Li och Stephan Schönecker.

Förkortning för 'invariant, ' invar plasticitet gör det möjligt för magnetiskt störda Ni-Fe-legeringar att visa praktiskt taget oföränderligt deformationsbeteende över ett brett temperaturområde, vilket gör dem idealiska för turbiner och andra mekaniska användningar i extremt höga temperaturer.

Invar-effekten har dock aldrig helt förståtts, och Vitos säger att dessa nya rön hjälper till att förklara de speciella högtemperaturegenskaperna hos speciallegeringar som används i jetmotorer, såsom nickelbaserade superlegeringar.

Invar har två kända effekter:termisk expansion och elasticitet (förmågan att fjädra tillbaka efter böjning, till exempel). Eftersom båda dessa effekter är kopplade till samspelet mellan temperatur och magnetisk ordning, de anses vara specifika för magnetiskt ordnade legeringar.

Genom att använda kvantmekanisk modellering med de första principerna, forskarna identifierade hur oföränderlig plasticitet också förekommer i icke-magnetiska legeringar, när en strukturell balans råder på atomnivå mellan kubiska och hexagonala tätpackade strukturer.

Den nya upptäckten kommer från ett långvarigt samarbete med industrin för att hitta alternativ till cancerframkallande kobolt i hårdmetaller, såsom skärverktyg. Vitos säger att detta fynd breddar paletten av invar-fenomen och materialsammansättningar, med tydliga konsekvenser för nya ansökningar.

"Våra resultat skapar en ny plattform för att skräddarsy högtemperaturegenskaper hos tekniskt relevanta material mot plastisk stabilitet vid förhöjda temperaturer, " han säger.