Solute strengthening strategies to design ductile Zn-alloys
Modellen voor het ontwerp van nieuwe zinkcoatings
Zink wordt in de staalindustrie veel gebruikt als coatingmateriaal vanwege zijn uitstekende anticorrosieve eigenschappen. De mechanische eigenschappen ervan zijn echter nog steeds slecht begrepen. De hexagonaal dichtgepakt kristalstructuur leidt tot sterk anisotroop elastisch en plastisch gedrag. Dit laatste is het gevolg van grote verschillen in de activeringsspanningen van de beschikbare glijsystemen. Het basale glijsysteem wordt gemakkelijk geactiveerd bij lage aangelegde schuifspanningen, terwijl het op één na meest actieve systeem, Pyramidaal II, spanningen vereist die ongeveer een orde van grootte hoger liggen, wat resulteert in een geringe ductiliteit.
In zijn proefschrift beoogt Davide Fioravanti een strategie te ontwerpen om de relatieve activering van deze glijsystemen te wijzigen door middel van oplossingsversterking, met als doel de ductiliteit van zink te verbeteren. Daartoe ontwikkelt Fioravanti een multischalig modelleringskader om interacties tussen opgeloste atomen en dislocaties in basale dislocaties te bestuderen, uitgaande van ab initio-invoer. Daarnaast ontwikkelt hij een machine-learning interatomair potentiaal die moleculaire-dynamica- en moleculaire-statica-simulaties van zink mogelijk maakt en in het bijzonder van Pyramidaal II-dislocaties.
Fioravanti evalueert de effecten van verschillende opgeloste elementen op het gedrag en de activering van basale en Pyramidaal II-dislocaties. Tot slot test hij de voorgestelde strategie door dislocaties in het Zn–Al-systeem te modelleren, waarbij het machine-learning interatomair potentiaal wordt uitgebreid naar deze legering. Het proefschrift schetst een strategie voor het ontwerp en de verdere studie van nieuwe zinkcoatingsamenstellingen en benadrukt zowel de sterke punten als de beperkingen van de voorgestelde aanpak.
Davide Fioravanti voerde zijn onderzoek uit bij het Engineering and Technology institute Groningen (ENTEG), met financiering van NWO. Hij vervolgt zijn onderzoek als postdoc aan deze universiteit.