Nieuwe metaallegering is 100 keer duurzamer dan hoogwaardig staal

Onderzoekers van Sandia National Laboratories laten een computersimulatie zien die wordt gebruikt om de ongekende slijtvastheid van hun platina-goudlegering te voorspellen, en een omgevingstribometer die wordt gebruikt om het te demonstreren. (Foto door Randy Montoya)
Onderzoekers van Sandia National Laboratories laten een computersimulatie zien die wordt gebruikt om de ongekende slijtvastheid van hun platina-goudlegering te voorspellen, en een omgevingstribometer die wordt gebruikt om het te demonstreren. (Foto door Randy Montoya)
Een platina-gouden legering ontwikkeld door Amerikaanse onderzoekers is de eerste metaallegering die in dezelfde categorie valt als diamant en saffier voor slijtvastheid.

Het onderzoeksteam van Sandia National Laboratories in New Mexico gelooft dat het materiaal, dat 100 keer duurzamer is dan hoogwaardig staal, het meest slijtvaste metaal ter wereld is.

"We hebben laten zien dat er een fundamentele verandering in sommige legeringen mogelijk is die deze enorme toename van de prestaties over een breed scala van echte, praktische metalen zal veroorzaken," zei materiaalwetenschapper Nic Argibay, een auteur van een recent document dat de bevindingen in geavanceerde materialen rapporteerde .

Hoewel metalen sterk zijn, slijten ze na verloop van tijd als ze tegen andere metalen wrijven, tenzij ze zijn uitgerust met een beschermende barrière of coating zoals motorolie. Voor elektronica is deze coating meestal gemaakt van goud of een ander edelmetaal, en ook deze verslijt na verloop van tijd.

De platina-goudlaag van Sandia kan de elektronica-industrie jaarlijks meer dan $ 100 miljoen aan materialen besparen, zei Argibay, en maakt producten duurzamer en betrouwbaarder.

"Deze slijtvaste materialen kunnen mogelijk betrouwbaarheidsvoordelen bieden voor een reeks apparaten die we hebben verkend," zei Chris Nordquist, een Sandia-ingenieur die niet bij het onderzoek betrokken was. "De mogelijkheden voor integratie en verbetering zouden apparaatspecifiek zijn, maar dit materiaal zou een ander hulpmiddel zijn om de huidige betrouwbaarheidsbeperkingen van metalen micro-elektronische componenten aan te pakken."

Hoewel hun mengsel van 90% platina en 10% goud niet nieuw is, is de theorie erachter. Argibay en zijn coauteur Michael Chandross gingen in tegen de conventionele wijsheid, die dicteert dat het vermogen van een metaal om wrijving te weerstaan, gebaseerd is op hoe moeilijk het is. In plaats daarvan dachten ze dat slijtage te maken had met hoe goed een metaal bestand was tegen hitte, en bouwden ze hun legering met dat in gedachten.

"Veel traditionele legeringen werden ontwikkeld om de sterkte van een materiaal te vergroten door de korrelgrootte te verminderen," zei John Curry, een postdoctoraal aangestelde bij Sandia en eerste auteur op het papier. "Zelfs nog, in de aanwezigheid van extreme spanningen en temperaturen zullen veel legeringen grof worden of zachter worden, vooral onder vermoeidheid. We hebben gezien dat met onze platina-gouden legering de mechanische en thermische stabiliteit uitstekend is, en we hebben niet veel verandering gezien in de microstructuur gedurende enorm lange periodes van cyclische stress tijdens het glijden. "