'Dark field' TEM-opname van de legering.

Van aluminium, lithium, magnesium, scandium en titanium kun je een metaallegering maken die net zo licht is als aluminium maar sterker dan titanium. Kwestie van entropie, schrijven onderzoekers uit Qatar en North Carolina in Materials Research Letters.

Dergelijke ‘high entropy alloys’ zijn een hot item in de metallurgie. De truc is dat je niet van één element uitgaat waar je kleine hoeveelheden van de rest bij mengt, zoals bij klassieke metaallegeringen, maar van alle componenten ongeveer even veel neemt. Die componenten worden dan als het ware gedwongen om samen in één kristalrooster te gaan zitten: dankzij de entropiewinst pakt dat energetisch gunstiger uit dan ontmengen en elk de eigen kristalstructuur aannemen. Het helpt als alle betrokken atoomkernen ongeveer even groot zijn.

Eerder dit jaar liet Berkeley Lab al zien dat dit effect optreedt wanneer je chroom, mangaan, ijzer, kobalt en nikkel mengt. Nu blijkt het dus ook te werken met vijf lichtere elementen: 10 procent magnesium, 30 procent titanium en 20 procent aluminium, lithium en scandium. Je bereidt het door poeders van deze metalen te mengen en ze zestien uut te mengen in een kogelmolen.

Het resultaat heeft een dichtheid van 2,67; de hardheid doet denken aan die van keramiek, maar de legering is duidelijk minder bros.

Nader onderzoek leerde dat het is opgebouwd uit één enkele fase, uitgesplitst in kubische nanokristalletjes. Per ongeluk is ook ontdekt dat verontreiniging met een beetje stikstof en zuurstof een behoorlijke invloed heeft, al is onduidelijk wat er dan precies gebeurt.

Het enige probleem met dit materiaal is voorlopig dat scandium een zeldzaam element is en daardoor onbetaalbaar. De andere vier componenten zijn wél goedkoop en gezocht wordt nu naar iets dat het scandium kan vervangen.

bron: North Carolina State University