Staal is een enorm veelzijdig constructiemateriaal dat gebruikt wordt in o.a. de transportsector, bouwindustrie, voor pijpleidingen, ... Het heeft echter één belangrijke beperking: de gevoeligheid voor corrosie. Een manier om de corrosieweerstand van staal te verhogen (en zo vroegtijdig falen te voorkomen) is het aanbrengen van een metallische coating. Vaak wordt hiervoor zink gebruikt, maar een interessant alternatief is het meer milieuvriendelijke aluminium.

Al-coatings worden aangebracht door het staal onder te dompelen in een vloeibaar aluminiumbad. De interactie tussen vloeibaar aluminium en staal zorgt voor de vorming van verschillende intermetallische verbindingen en lagen op het materiaal. Over de exacte samenstelling en kristalstructuur van deze verbindingen, net als over de morfologie van deze lagen, bestaat echter nog veel discussie. Algemeen wordt aangenomen dat bij het aluminiseren de bovenste laag uit puur aluminium bestaat. De eerste intermetallische laag is een FeAl₃-laag, met monokliene kristalstructuur. De volgende laag wordt de Fe₂Al₅-laag genoemd en heeft een zeer specifieke (columnaire) morfologie. De kristalstructuur zou orthorombisch zijn en bevat vele vacatures langs de c-as. De meest geciteerde theorie is dat deze vacatures Al-diffusie vergemakkelijken waardoor deze laag zijn columnaire morfologie zou krijgen. Deze theorie staat echter nog steeds ter discussie.

In deze masterthesis ga je Fe-Al-legeringen met een kritische (computationele) blik bekijken. De juiste Fe/Al-verhouding in de Fe₂Al₅-laag kan variëren, en daarom werden er in de literatuur verschillende varianten voor de kristalstructuur van deze laag voorgesteld. Door met kwantumfysische computerpakketten de totale energie van deze kristallen te berekenen, krijg je nieuwe informatie over hun stabiliteit. Om daarnaast op een onbevooroordeelde manier de meest gunstige kristalstructuur te voorspellen, zal je een genetisch zoekalgoritme gebruiken. Een dergelijk algoritme start van een reeks volledig toevallig gekozen kristallen, en gebruikt dezelfde methodes als biologische evolutie om daaruit de meest gunstige kristalstructuur te vinden – zelfs als die sterk zou afwijken van wat op basis van de huidige experimenten verwacht wordt. Op die manier zal je nieuwe kennis verzamelen om het binaire Fe-Al-fasediagram beter te bepalen (en zo nodig aan te passen). Deze informatie is nodig om de vorming van intermetallische Fe-Al-lagen op staal grondiger te begrijpen en te optimaliseren.

Dit onderzoek wordt uitgevoerd binnen het Centrum voor Moleculaire Modellering in samenwerking met de vakgroep Toegepaste Materiaalwetenschappen. Voorkennis van kwantumfysische computerpakketten is geen vereiste, geïnteresseerde studenten krijgen de nodige opleiding hieromtrent. De resultaten van de simulaties zullen in nauw overleg met OCAS worden besproken.