Nanostrukturerade högentropilegeringar – metaller gjorda av en kaotisk blandning av flera olika element – visar mycket lovande för användning i industrier som flyg- och bilindustrin på grund av deras styrka och stabilitet vid höga temperaturer jämfört med vanliga metaller.
Men de är dyra och energikrävande att producera. Nu har forskare som arbetar med Canadian Light Source (CLS) vid University of Saskatchewan (USask) hittat ett mycket billigare och enklare sätt att göra dem, vilket öppnar dörren för kommersiella tillämpningar.
Michel Haché, en materialingenjör vid University of Toronto, och kollegor bekräftade att elektrodeponering är ett kostnadseffektivt och lättskalat sätt att skapa dessa legeringar. Elektrodeposition – som innebär att man löser upp metalljoner i vatten och sedan använder en elektrisk ström för att dra ut dem ur vätskan och bilda fasta material – är samma process som används för att tillverka förkromade motorcykeldelar. Resultaten publiceras i tidskriften Surface and Coatings Technology .
U of T-gruppen fann att legeringar gjorda av flera olika metaller - nickel, järn, kobolt, volfram och molybden - kunde motstå temperaturer upp till 500 °C, jämfört med bara 270 °C för rent nickel, och var starkare och hårdare än deras mindre komplexa motsvarigheter. "Vi använder kaos i materialstrukturen för att få fram intressanta egenskaper", säger han.
Och de upptäckte att ju mer kaos de tillförde en legering, desto bättre blev den – upp till en viss punkt. Legeringar gjorda med fyra olika element kunde motstå temperaturer 100°C högre än de som tillverkades med bara tre, men att lägga till ett femte element ledde till inga ytterligare förbättringar.
Det är en extra bonus, säger Haché, eftersom det är enklare och billigare att arbeta med färre element. "Det gör att vi kan bli mer effektiva när vi letar efter nya applikationer", säger han.
Dessa legeringar kan vara användbara för att tillverka verktyg eller delar för applikationer där temperaturer och mekaniska påfrestningar kan vara extremt höga, till exempel inom fordons- och flygindustrin, säger Haché. "Överallt där vi försöker pressa material till deras absoluta gränser", säger han.
Mer information: Michel J.R. Haché et al., Termisk stabilitet hos elektroavsatta nanostrukturerade högentropilegeringar, Surface and Coatings Technology (2024). DOI:10.1016/j.surfcoat.2024.130719
Tillhandahålls av Canadian Light Source