Istraživači dobivaju nanometarsko uvid u pukotinu i puknuće korozije kako se to događa

The SAFIRE Project 2017 - 2018 Update (Srpanj 2019).

Anonim

Što utječe na gotovo sve što je napravljeno od metala, od automobila do brodova do podzemnih cijevi, pa čak i punjenja zuba? Korozija - spor proces raspada. Na globalnoj cijeni od bilijuna dolara godišnje, ona nosi strmu cijenu, da ne spominjemo, potencijalne sigurnosne, okolišne i zdravstvene opasnosti koje ona predstavlja.

"Korozija je glavni problem za jako dugo vremena", izjavio je prof. Jacob Israelachvili iz UC Santa Barbara. Posebno u zatvorenim prostorima - tanki razmak između strojnih dijelova, kontaktno područje između hardvera i metalne ploče, iza brtvila i ispod brtvila, šavovi na kojima su se dvije površine susrele - blisko promatranje takvog elektrokemijskog otapanja bila je ogroman izazov, dodao je.

Ne više.

Korištenjem uređaja koji se zove Surface Forces Apparatus (SFA) kojeg je razvio Israelachvili, on i njegov istraživački tim istražili su proces pukotine i podešavanja korozije i uspjeli su u stvarnom vremenu vidjeti proces korozije na ograničenim površinama. Provedeno s diplomom studentom Howardom Dobbsom i projektnim znanstvenikom Kai Kristiansen iz UCSB-a i kolegama Max-Planck-Institut für Eisenforschung u Düsseldorfu, studija je objavljena u Zborniku Nacionalne akademije znanosti.

"S SFA-om možemo točno odrediti debljinu našeg metalnog filma od interesa i pratiti razvoj tijekom vremena kako korozija prolazi", rekao je Kristiansen. Postavljanje istraživača omogućilo im je i kontrolu nad sastavom soli otopine i temperaturi, kao i električnom potencijalu površine nikla.

Pukotina i pitting korozija nije vrsta rasprostranjenog površinskog hrđanja koju možete vidjeti na trupovima starih brodova izloženih oceanu. To su, naprotiv, intenzivni, lokalizirani napadi, gdje vidljivo propadanje može izgledati manje varljivo. Zapravo, stvari izgledaju sasvim u redu sve dok ne padnu katastrofalno: strojevi se raspadaju, mostovi se zatvaraju, brodski brodovi propadaju, zubni ispuni padaju.

Za ovaj eksperiment istraživači su proučavali nikalni film na površinu od mike. Usredotočeni su na iniciranje korozije - točka u kojoj se metalna površina počinje otapati. Primijetili su da razgradnja materijala nije došla na homogeni način. Umjesto toga, određena područja - lokacije na kojima su postojale vjerojatne pukotine s mikroskopom i druge površinske mane - osjetit će intenzivnu lokalnu koroziju koja rezultira iznenadnim pojavama jama.

"Vrlo je anizotropno", izjavio je Izraelov, objašnjavajući kako se čak i unutar pukotina događaju različite stvari u blizini otvora u odnosu na dubinu unutar pukotine. "Budući da se pojavljuje difuzija, to utječe na brzinu otapanja metala i unutar i izvan pukotine. To je vrlo složen proces."

"Prvi korak u procesu korozije je obično vrlo važan, jer vam to govori da je bilo koji zaštitni površinski sloj razbio i da je temeljni materijal izložen rješenju", rekao je Dobbs. Od tamo, prema istraživačima, korozija se širi iz jama i često to tako brzo, jer temeljni materijal nije otporan na korozivnu tekućinu.

"Jedan od najvažnijih aspekata našeg nalaza jest značaj električne potencijalne razlike između zanimljivog filma i odgovarajuće površine u pokretanju korozije", dodao je Kristiansen. Kada razlika električne energije dostigne određenu kritičnu vrijednost, vjerojatnije je da će korozija početi i što će se brže širiti. U ovom slučaju, nikalni film je imao koroziju dok je kemijski inertna tinjaca ostala puna.

"Vidjeli smo ovaj zanimljiv učinak prije s drugim metalnim i nemetalnim materijalima", rekao je Dobbs. "Imamo neke dijelove slagalice, ali još uvijek pokušavamo razotkriti puni mehanizam tog fenomena."

Ovo istraživanje u stvarnom vremenu, mehanizmi korozije mikro i nanočasa pružaju vrijedne informacije koje znanstvenici mogu graditi, što može dovesti do modela i predviđanja kako i kada će materijali u zatvorenim prostorima vjerojatno korodirati.

"U osnovi je riječ o produljenju životnog vijeka metala i uređaja", rekao je Israelachvili. Posebno ovih dana gdje uređaji mogu biti vrlo mali, a čak ih možete staviti u tijelo, dodao je, razumijevajući kako pravilno zaštititi korozijske površine smanjuju potrebu da ih zamijene zbog oštećenja.

Isto tako, razumijevanje kako bi se ubrzalo otapanje gdje bi bilo prikladno bi također bilo korisno, kao što su s netradicionalnim (npr., Aluminosilica) cementa koji proizvode manje ugljičnog dioksida.

"Važan korak u stvaranju cementa je otapanje glavnih sastojaka cementa, silicijevog dioksida i glinice, što je vrlo sporo i zahtijeva vrlo neodgovarajuće kaustične uvjete za upotrebu u velikoj proizvodnji", rekao je Dobbs. "Poboljšanje brzine otapanja izbjegavajući potrebu za nesigurnim, kaustičnim rješenjima uklonit će tehnološku barijeru u provedbi netradicionalnih cementa".

menu
menu