Registrering af skader i ikke-magnetisk stål gennem magnetisme

Have på, korrosion, materialetræthed - disse tegn på nedbrydning er almindelige for de fleste materialer. Dette gør det endnu vigtigere at opdage skader tidligt, helst på mikroskalaen. Magnetiske testmetoder bruges ofte til dette formål, hvilket tidligere var umuligt med ikke-magnetisk stål. Forskere fra Kaiserslautern og Mainz har nu udviklet en proces, hvor de påfører et tyndt magnetisk lag på stål. Ændringer i mikrostrukturen kan således detekteres ved ændringer i magnetiske effekter. Materialer som aluminium kan også testes på denne måde. Undersøgelsen blev offentliggjort i Journal of Magnetism and Magnetic Materials .

Stål er et af de mest anvendte materialer. Det bruges i mange varianter, herunder rustfrit stål, højstyrke slukket og hærdet stål, og billigt konstruktionsstål. Stål kan være magnetiske eller ikke-magnetiske. De bruges i bestik, i køretøjskomponenter eller i stålbjælker til bygninger og broer. Sommetider, stål udsættes for høj temperatur eller belastning. "Dette kan resultere i mikrostrukturelle ændringer, revner eller komponentfejl, "siger Dr. Marek Smaga, som er forsker ved Institut for Materialevidenskab under professor Dr. Tilmann Beck ved Technische Universität Kaiserslautern (TUK). Eksperter taler i denne sammenhæng om materialetræthed. Sådanne skader er i første omgang kun synlige på mikroniveau. Selv med magnetiske testmetoder, det er endnu ikke muligt at opdage ændringer i denne skala i ikke-magnetisk stål på et tidligt tidspunkt.

Ingeniører fra TUK og fysikere fra Johannes Gutenberg-University Mainz (JGU) præsenterer en løsning i deres nuværende undersøgelse. Deres teknik gør brug af magnetiske effekter, selvom det påføres ikke-magnetisk materiale. "Med magnetisk stål, det er muligt at finde ændringer i strukturen tidligt, "forklarer doktoranden fra Kaiserslautern Shayan Deldar." Selv små deformationer ændrer de magnetiske egenskaber. Dette kan måles med speciel sensorteknologi. "

Forskerne har belagt et ikke-magnetisk stål med magnetiske film, hver 20 nanometer tynd, bestående af terfenol-D, en legering omfattende de kemiske grundstoffer terbium, jern og dysprosium, eller permalloy, en nikkel-jern forbindelse. Forskerne brugte derefter et såkaldt Kerr-mikroskop til at kontrollere, om stammer i stålet kunne påvises i det mikroskopiske område. "Dette opnås ved hjælp af den såkaldte Kerr-effekt, "forklarer Smaga, "som tillader de magnetiske mikrostrukturer, de såkaldte domæner, at blive afbildet ved at dreje lysets polariseringsretning. "

Forskerne undersøgte magnetisk belagte stålplader, der tidligere var udsat for mekanisk belastning. "Vi observerede en karakteristisk ændring i den magnetiske domænes struktur, "forklarer Dr. Martin Jourdan fra Institut for Fysik ved Johannes Gutenberg Universitet i Mainz." Mikroskopisk belastning i ikke-magnetisk stål får magnetiseringsretningen for det tynde lag til at ændre sig. "

Sammenlignet med konventionelle testmetoder, denne metode har den fordel at detektere tegn på træthed meget tidligere på mikroniveau. Forskernes metode kunne bruges i nye testteknikker i fremtiden. I øvrigt, det er ikke kun interessant for ikke-magnetisk stål, andre materialer såsom aluminium, titanium og visse kompositmaterialer kunne også forsynes med et sådant lag.