Futuristisch vliegtuig repareert zichzelf

Onderzoek: ‘Self-healing of deformation-induced defects in Fe-based alloys using positron annihilation techniques’

Eindcijfer: 7,5

Hij gelooft het echt: “Over pakweg vijftig jaar kunnen vliegtuigen rondvliegen met zichzelf reparerende motoren.” Beter nieuws bestaat niet in een tijd vol vliegtuigcrashes. Maarten Gramsma (26) onderzocht voor zijn afstuderen bij Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek de zelfherstellende eigenschappen van zogenaamde kruipschade in staallegeringen. Die kruipschade treedt vaak op in vliegtuigmotoren, doordat ze veel worden blootgesteld aan hoge temperaturen – boven een half maal het smeltpunt – in combinatie met grote krachten onder de vloeigrens. “Als je het vliegtuig die schade in een vroeg stadium zélf kunt laten herstellen, verleng je de levensduur van vliegtuigonderdelen met minder onderhoud.”

Klinkt als sciencefiction, maar is het niet. Nieuw is het wel. Gramsma: “Volgens de traditionele methode proberen vliegtuigbouwers schade te voorkomen, door het materiaal zo sterk mogelijk te maken. In de methode van onze onderzoeksgroep staan we schade op nanoschaal toe, en zorgen ervoor dat die zichzelf herstelt.” Eigenlijk betekent dat niets anders dan slim gebruikmaken van diffusie van opgeloste deeltjes in het ijzer. “Als je koper of goud toevoegt aan het ijzer, kun je deze oplossen in het metaalrooster van ijzer door de normale warmtebehandeling te onderbreken. Vervolgens vult het in een soort vloeibare toestand zelf de nanoscheurtjes op.” En dat heeft niemand ooit eerder bedacht? “Niet dat ik weet”, lacht de ingenieur. “In de master novel aerospace materials wordt veel onderzoek gedaan naar zelfherstellende materialen, maar zelfherstellend staal staat nog in de kinderschoenen.”

Doordat Gramsma keek naar de mogelijkheden van zelfhelende staallegeringen bij 550 graden Celsius, lijkt zijn onderzoek vooral toepasbaar op vliegtuigmotoren. “Maar je kunt het natuurlijk gebruiken voor allerlei producten die te maken hebben met hoge temperaturen en grote krachten. Stoomturbines, bijvoorbeeld, of snelkookpannen.”

Het onderzoek dat Gramsma ervoor verrichtte was voor hem het hoogtepunt van zijn master. “Ik heb geëxperimenteerd bij het

Reactor Instituut Delft. Daar is zoveel geavanceerd onderzoek mogelijk, geweldig vond ik dat. Omdat ik mijn materiaal van binnen wilde bekijken op niet-destructieve wijze, heb ik het bestraald met positronen. Dat is een heel goede manier om op nanoschaal de ontwikkeling van schade én het reparatieproces te volgen.” Conclusie: ijzer met goud en het versterkende materiaal molybdeen werkt daadwerkelijk zelfherstellend. “We staan nog mijlenver van toepassing vandaan, er is nog veel meer materiaalkundig onderzoek nodig”, zegt de ingenieur. De onderzoeksgroep werkt nu dus verder met zijn resultaten, terwijl Gramsma zelf op zoek gaat naar een materiaalkundige baan in het buitenland. Die resultaten zijn namelijk letterlijk goud waard: zelfherstellende staallegeringen kunnen de vliegtuigindustrie niet alleen veel onderhoud, dus geld besparen, denkt hij. “Doordat je minder materialen hoeft te vervangen, is het nog relatief milieuvriendelijk ook.”