Op atomaire niveau engineering maakt nieuwe legeringen mogelijk die niet breken bij extreme kou.

12 september 2025 rapport

door Paul Arnold, Phys.org

medewerker

gecontroleerd door Lisa Lock, beoordeeld door Robert Egan

wetenschappelijk redacteur

associate redacteur

Dit artikel is beoordeeld volgens het redactionele proces en beleid van Science X. Redacteuren hebben de volgende eigenschappen benadrukt terwijl ze de geloofwaardigheid van de inhoud waarborgen:

feitelijk gecontroleerd

peer-reviewed publicatie

betrouwbare bron

gecontroleerd op spelling

Het navigeren van de extreme kou van de diepe ruimte of het omgaan met supergekoelde vloeibare brandstoffen hier op aarde vereist materialen die niet breken. De meeste metalen worden broos en breken bij dergelijk lage temperaturen. Echter, nieuw onderzoek is bezig met een aanpak om metaalstructuren van atoom tot atoom op te bouwen om taaie en duurzame legeringen te creëren die dergelijke barre omgevingen kunnen weerstaan.

Traditionele versterkingsmethoden zijn vaak niet goed genoeg voor deze toepassingen. Bijvoorbeeld, een veelvoorkomende warmtebehandelingstechniek genaamd precipitatieharding versterkt metalen door het creëren van kleine harde deeltjes binnen hun structuur. Maar bij extreme temperaturen kunnen de materialen hun ductiliteit (het vermogen om te buigen, rekken of in een nieuwe vorm te worden getrokken zonder te breken) verliezen en plotseling breken.

Een studie gepubliceerd in het tijdschrift Nature beschrijft een nieuwe manier om metalen legeringen te ontwerpen zodat ze sterk en taai blijven, zelfs bij superlage temperaturen. Het grote idee is om een legering te creëren met twee verschillende soorten perfect gearrangeerde atomaire structuren erin. Deze structuren worden subnanoschaal kortbereik ordening (SRO) genoemd, wat kleine eilanden van georganiseerde atomen zijn en nanoschaal langbereik ordening (NLRO), die iets groter zijn.

De onderzoekers creëerden hun legering met een gecontroleerd proces van warmtebehandeling en mechanische vormgeving, waardoor de atomaire structuren zichzelf assembleerden. Met andere woorden, wetenschappers creëerden de voorwaarden voor de atomen om zichzelf te rangschikken in de gewenste structuur.

Het resultaat was een nieuwe kobalt-nikkel-vanadium legering die uitzonderlijk sterk en taai is bij temperaturen zo laag als -186°C (87 K). Het werd getest door te worden getrokken en uitgerekt in een laboratorium bij extreem lage temperaturen om te zien hoeveel stress het kon verdragen.

'Onze resultaten benadrukken de impact van dubbel coëxisterende chemische ordening op de mechanische eigenschappen van complexe legeringen en bieden richtlijnen om deze ordeningsstaten te controleren om hun mechanische prestaties voor cryogene toepassingen te verbeteren,' schreef Shan-Tung Tu, een van de auteurs van de studie.

Met zijn uitzonderlijke sterkte en duurzaamheid, vooral in extreme koude omstandigheden, zou de legering talrijke praktische toepassingen kunnen hebben. In de ruimtevaart zou het gebruikt kunnen worden om duurzamere ruimtevaartuigen te bouwen die de extreem lage temperaturen van de diepe ruimte aankunnen. Voor de energiesector zou de legering veiligere en betrouwbaardere infrastructuur kunnen creëren, zoals leidingen en tanks voor vloeibaar aardgas.

De onderzoekers geloven ook dat hun aanpak van het ontwerpen op atomaire niveau kan worden toegepast op andere soorten legeringen. Dit zou kunnen leiden tot de ontwikkeling van een hele nieuwe generatie materialen die de meest barre koude omstandigheden kunnen weerstaan zonder prestaties of veiligheid in gevaar te brengen.

Geschreven voor jou door onze auteur Paul Arnold, gecontroleerd door Lisa Lock, en feitelijk gecontroleerd en beoordeeld door Robert Egan - dit artikel is het resultaat van zorgvuldig menselijk werk. We vertrouwen op lezers zoals jij om onafhankelijke wetenschapsjournalistiek in leven te houden. Als deze berichtgeving belangrijk voor je is, overweeg dan een donatie (vooral maandelijks). Je krijgt een advertentievrije account als dank.

Meer informatie: Tiwen Lu et al, Dual-scale chemical ordering for cryogenic properties in CoNiV-based alloys, Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-09458-1

Het ontwerpen van een legeringsmicrostructuur atoom voor atoom om extreme kou te weerstaan, Nature (2025). DOI: 10.1038/d41586-025-02864-5

Tijdschriftinformatie: Nature

© 2025 Science X Network