החוקרים מקבלים הצצה ננו של הסדקים ואת קורעת קורוזיה כפי שזה קורה

ד"ר יקי מנשנפרוינד הפילוסוף של המדע, שלושה שיודעים, כאן 11 (יולי 2019).

Anonim

מה משפיע כמעט על כל מה שעשוי ממתכת, ממכוניות לסירות ועד לצינורות תת-קרקעיים ואפילו למילוי השיניים? קורוזיה - תהליך איטי של ריקבון. בעלות עולמית של טריליוני דולרים בשנה, היא נושאת תג מחיר תלול, שלא לדבר על הפוטנציאל הבטיחותי, הסביבתי והבריאותי שהיא מציבה.

"קורוזיה כבר בעיה רצינית במשך זמן רב מאוד", אמר פרופ 'UC סנטה ברברה, פרופסור להנדסה כימית, יעקב ישראלכווילי. בעיקר במרווחים סגורים - חללים דקים בין חלקי מכונות, אזור המגע בין חומרה לצלחת מתכת, מאחורי אטמים ותחת אטמים, תפרים שבהם שני משטחים נפגשים - התבוננות קרובה בהתפרקות אלקטרו-כימית כזו היתה אתגר עצום.

לא עוד.

באמצעות מכשיר הנקרא "כוחות כוחות השטח" (SFA) שפותח על ידי Israelachvili, הוא וצוות המחקר שלו חקרו את תהליך הסדקים והציפוי של קורוזיה והיו מסוגלים להעיף מבט בזמן אמת על תהליך קורוזיה על משטחים סגורים. נערך עם דוקטורנט הווארד Dobbs ומדען הפרויקט קאי Kristiansen של UCSB, ועמיתיו במכון מקס פלאנק עבור Eisenforschung בדיסלדורף, המחקר מתפרסם בהליכים של האקדמיה הלאומית למדעים.

"עם SFA, אנחנו יכולים לקבוע במדויק את עובי הסרט המתכת שלנו עניין לעקוב את הפיתוח לאורך זמן כמו הכנסות קורוזיה, " אמר Kristiansen. הגדרת החוקרים אפשרה להם גם לשלוט על הרכב המלח של הפתרון, ואת הטמפרטורה, כמו גם את הפוטנציאל החשמלי של משטח ניקל.

סדק וקורוז קורוזיה אינו סוג של חלודה נפוצה פני השטח אתה עשוי לראות על ספינות של ספינות ישנות שנחשפו האוקיינוס. אלה הם במקום התקפות אינטנסיבית, מקומי, שבו ריקבון גלוי יכול להיראות קטין מטעה. למעשה, הדברים נראים בסדר גמור עד שהם נכשלים בצורה קטסטרופלית: מכונות להתפרק, גשרים אבזם, ספינות ספינות מנוע תקלה, סתימות שיניים נושרים.

לצורך ניסוי זה החוקרים חקרו סרט ניקל כנגד משטח נציץ. הם התמקדו ביזום של קורוזיה - הנקודה שבה מתחיל משטח המתכת להתמוסס. הם הבחינו כי השפלה של החומר לא התרחשה באופן הומוגני. במקום זאת, באזורים מסוימים, במקומות שבהם היו סדקים מיקרוסקל סביר פגמים פני השטח אחרים - יחוו קורוזיה מקומית אינטנסיבית וכתוצאה מכך הופעה פתאומית של בורות.

"זה מאוד אנאיזוטרופי", אמר ישראלצ'בילי, והסביר שגם בתוך הסדקים מתרחשים דברים שונים ליד הפתח מול עמוק בתוך הסדק. "בגלל שיש לך דיפוזיה מתרחשת, זה משפיע על הקצב שבו המתכת מתמוססת בתוך ומחוץ לסדק, זה תהליך מורכב מאוד".

"הצעד הראשון בתהליך קורוזיה הוא בדרך כלל חשוב מאוד, כי זה אומר לך כי כל משטח מגן שכבת נשבר וכי החומר הבסיסי חשוף לפתרון", אמר דובס. משם, על פי החוקרים, קורוזיה מתפשטת מן בורות ולעיתים קרובות עושה זאת במהירות, כי החומר הבסיסי אינו עמיד כמו נוזל קורוזיבי.

"אחד ההיבטים החשובים ביותר של הממצא שלנו הוא המשמעות של ההבדל הפוטנציאלי החשמלי בין הסרט של עניין לבין משטח מאופיין ליזום קורוזיה", הוסיף Kristiansen. כאשר ההפרש הפוטנציאלי החשמלי מגיע לערך קריטי מסוים, כך סביר יותר שיתחיל קורוזיה וככל שהוא יתפשט מהר יותר. במקרה זה, הסרט ניקל מנוסה קורוזיה בעוד יותר מכני אינריקה נשארה שלמה.

"ראינו את האפקט המעניין הזה לפני עם מתכות אחרות וחומרים שאינם מתכת", אמר דובס. "יש לנו כמה חתיכות של הפאזל, אבל אנחנו עדיין מחפשים לפרום את המנגנון המלא של התופעה הזאת."

מחקר זה לתוך מנגנונים בזמן אמת, מיקרו ננומטרי של קורוזיה מספק מידע בעל ערך, כי המדענים יכולים לבנות על, אשר עשוי להוביל מודלים וחיזוי של איך ומתי חומרים בחללים סגורים צפויים לשיתוק.

"בעיקרון זה עניין של הארכת חיים של מתכות והתקנים", אמר ישראלצ'ווילי. במיוחד בימים שבהם מכשירים יכול להיות קטן מאוד, ואתה יכול אפילו לשים אותם בגוף, הוא הוסיף, הבנה כיצד להגן כראוי על משטחים נוטה קורוזיה תקטין את הצורך להחליף אותם עקב נזק.

לעומת זאת, ההבנה כיצד להאיץ את ההתפרקות במקום בו היא מתאימה תהיה גם מועילה, כגון עם צמנט לא מסורתי (למשל, אלומינוזיליקה) המייצרים פחות פחמן דו-חמצני.

"צעד חשוב בהתהוות המלט הוא פירוק המרכיבים העיקריים של המלט, סיליקה ואלומינה, שהוא איטי מאוד ודורש תנאים קאוסטיים מאוד לא בטוחים לשימוש בייצור בקנה מידה גדול", אמר דובס. "שיפור קצב הפירוק תוך הימנעות מהצורך בפתרונות לא בטוחים ואקוסטיים יסיר מחסום טכנולוגי ביישום של צמנטים לא מסורתיים".

menu
menu