Non-ferro metaal testen met magnetisme

De Technische Universität Kaiserslautern (TUK) en de Johannes Gutenberg-University Mainz (JGU) hebben een proces ontwikkeld waarmee non-ferro metaal en andere niet magnetische materialen toch op microniveau met magnetisme getest kunnen worden op slijtage, corrosie en materiaalmoeheid.

Slijtage, corrosie, materiaalmoeheid – deze tekenen van degradatie komen veel voor in de meeste materialen. Dit maakt het des te belangrijker om degradatie in een vroeg stadium te detecteren, met voorkeur op microniveau. Hiervoor worden vaak magnetische testmethoden gebruikt, wat voorheen onmogelijk was met non-ferro metalen. De TUK en de JGU hebben nu een proces ontwikkeld waarbij ze een dunne magnetische laag kunnen aanbrengen, waardoor  veranderingen in de microstructuur kunnen worden gedetecteerd door veranderingen in magnetische effecten. Materialen zoals aluminium kunnen daarom op deze manier worden getest. “Wanneer materiaal wordt blootgesteld aan hoge temperaturen of stress kan dit leiden tot microstructurele veranderingen, scheuren of uitval van componenten”, zegt Dr. Marek Smaga, die onderzoeker is bij de Department of Materials Science aan TUK.

Dunne magnetische coatings

“Met ferro metaal is het mogelijk om al in een vroeg stadium veranderingen in de structuur waar te nemen. Zelfs kleine vervormingen veranderen de magnetische eigenschappen. Dit kan worden gemeten met speciale sensortechnologie”, vertelt Shayan Deldar, promovendus aan TUK. De onderzoekers hebben een non-ferro metaal gecoat met verschillende magnetische coatings, elk 20 nanometer dun, bestaande uit terfenol-D, een legering bestaande uit de chemische elementen terbium, ijzer en dysprosium, of permalloy, een nikkel-ijzerverbinding. De onderzoekers gebruikten vervolgens een zogenaamde Kerr-microscoop om te controleren of afwijkingen in het staal in het microscopisch bereik kunnen worden gedetecteerd. “Dit wordt bereikt door het gebruik van het zogenaamde Kerr-effect, waarmee de magnetische microstructuren kunnen worden afgebeeld door de polarisatierichting van het licht te roteren”, legt Smaga uit.

Waarneming in magnetische structuur

De wetenschappers onderzochten magnetisch gecoate staaldelen die eerder waren blootgesteld aan een mechanische belasting. “We hebben een karakteristieke verandering in de magnetische structuur waargenomen”, legt Dr. Martin Jourdan van het Institute of Physics aan JUK uit. “Microscopische rek in non-ferro metaal zorgt ervoor dat de richting van de magnetisatie van de dunne laag verandert.” In vergelijking met conventionele testmethoden heeft deze methode het voordeel om tekenen van vermoeidheid veel eerder op microniveau te detecteren. De methode van de onderzoekers zou in de toekomst kunnen worden gebruikt in nieuwe testtechnieken. Bovendien is het niet alleen interessant voor niet-magnetisch staal, maar ook andere materialen zoals bepaalde composietmaterialen kunnen van een dergelijke coating worden voorzien.