23 Сентября 2017

Коррозия, как это происходит?





«Коррозия была серьезной проблемой в течение очень долгого времени», - сказал профессор химической инженерии Калифорнийского университета Санта-Барбара Джейкоб Исраевич. В частности, в замкнутых пространствах - тонкие промежутки между частями машины, площадь контакта между металлическими пластинами, за уплотнениями и под прокладками, швы, где встречаются две поверхности - близкое наблюдение за таким электрохимическим растворением было огромной проблемой, добавил он. Уже нет.


Используя специально разработанное устройство (SFA) он и его коллеги исследовали процесс щелевой и точечной коррозии и смогли получить в режиме реального времени процесс коррозии на ограниченных поверхностях. Исследование проводилось с аспирантом Говардом Доббсом и ученым-исследователем Каем Кристиансеном из UCSB и его друзьями из Дюссельдорфа.


«С SFA мы можем точно определить толщину нашей металлической пленки, представляющей интерес, и следить за развитием с течением времени, поскольку коррозия продолжается», - сказал Кристиансен. Установка зондов также позволила им контролировать солевой состав раствора и температуру, а также электрический потенциал поверхности никеля.

Щебень и питтинговая коррозия - это не распространенная поверхностная ржавчина, которую вы можете видеть на корпусах старых кораблей, находящихся под океаном. Это скорее интенсивные локализованные атаки, где видимый распад может выглядеть обманчиво второстепенным. На самом деле все выглядит просто отлично, пока не произойдет катастрофа.

Для этого эксперимента исследователи изучили никелевую пленку на поверхности слюды. Они сосредоточились на инициировании коррозии - точке, где поверхность металла начинает растворяться. Они отметили, что разложение материала не происходит однородным образом. Скорее, некоторые районы - места, где были вероятные микромасштабные трещины и другие поверхностные дефекты, - испытали бы интенсивную локальную коррозию, приводящую к внезапному появлению трещин.

«Это очень анизотропно», - сказал Израилевич, объяснив, что даже внутри трещин происходит нечто большее. «Поскольку у вас распространена диффузия, она влияет на скорость, с которой металл растворяется в щели. Это очень сложный процесс».

 «Первый шаг в процессе коррозии, как правило, очень важен, поскольку это говорит о том, что любой защитный поверхностный слой разрушен и что основной материал подвергается воздействию раствора», - сказал Доббс. Оттуда, по мнению исследователей, коррозия распространяется из ям и часто делает это так быстро, потому что основной материал не так устойчив к коррозионной жидкости.

«Одним из наиболее важных аспектов нашего открытия является значение разности электрических потенциалов между представляющей интерес пленкой и поверхностью для инициирования коррозии», - добавил Кристиансен. Когда разность электрических потенциалов достигает некоторого критического значения, более вероятная коррозия начнется, и чем быстрее она будет распространяться. В этом случае никелевая пленка испытывала коррозию, в то время как более химически инертная слюда оставалась цельной.

«Мы видели этот интересный эффект раньше с другими металлическими и неметаллическими материалами», - сказал Доббс. «У нас есть некоторые части головоломки, но мы все еще пытаемся разгадать полный механизм этого явления».

Это исследование в реальном времени, микро и наномасштабных механизмов коррозии дает ценную информацию, на которую могут опираться ученые, что может привести к моделям и предсказаниям того, как и когда материалы в замкнутых пространствах могут вызвать коррозию. «В основном это вопрос продления срока службы металлов и устройств», - сказал он. Особенно в те дни, когда устройства могут быть очень маленькими, и вы можете даже поместить их в тело, добавил он, понимание того, как правильно защитить коррозионно-подверженные поверхности, уменьшит необходимость их замены из-за повреждения.

И наоборот, понимание того, как ускорить растворение там, где это было бы целесообразно, также было бы полезно, например, с нетрадиционными (например, алюмосиликатными) цементами, которые производят меньше углекислого газа.

«Важным шагом в образовании цемента является растворение основных ингредиентов цемента, диоксида кремния и оксида алюминия, который очень медленный и требует высококаустических условий, небезопасных для использования в крупномасштабном производстве», - сказал Доббс. «Повышение скорости растворения, избегая необходимости в небезопасных, каустических растворах, устранит технологический барьер при внедрении нетрадиционных цементов».