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腐蝕:縫隙和點蝕的納米級瞥見
2021年05月06日    閱讀量:162002    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com  |  投稿

什么會影響幾乎所有金屬制成的東西,從汽車到小船再到地下管道,甚至是牙齒上的填充物?


腐蝕-緩慢的腐蝕過程。全球每年花費數萬億美元,其價格不菲,更不用說它所構成的潛在安全,環境和健康危害。


加州大學圣塔芭芭拉分?;瘜W工程學教授雅各布·以色列阿赫維利(Jacob Israelachvili)說:“腐蝕一直是一個主要問題,已經很長時間了中國建材網cnprofit.com。


他補充說,特別是在狹窄的空間中-機器零件之間的細小間隙,五金件和金屬板之間的接觸區域,密封件后面和墊片下面,兩個表面相接的接縫-密切觀察這種電化學溶解是一個巨大的挑戰。


不再。


他和他的研究小組使用由Israelachvili開發的稱為表面力儀器(SFA)的設備,研究了縫隙和點蝕的過程,并能夠實時查看受限表面上的腐蝕過程。


該研究由杜塞爾多夫大學研究生院的霍華德·多布斯(Howard Dobbs)和項目科學家凱·克里斯蒂安森(Kai Kristiansen)以及杜塞爾多夫馬克斯-普朗克研究所(fürEisenforschung)的同事進行,并發表在《美國國家科學院院刊》上。


克里斯蒂安森說:“借助SFA,我們可以準確地確定感興趣的金屬膜的厚度,并隨著腐蝕的發展隨時間推移跟蹤發展?!?/p>


研究人員的設置還使他們可以控制溶液的鹽成分,溫度以及鎳表面的電勢。


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縫隙和點蝕不是您可能在暴露于海洋的舊船船體上看到的那種普遍的表面銹蝕。


相反,它們是激烈的局部攻擊,在這種情況下,可見的衰減看起來看似很小。實際上,直到出現災難性的故障之前,一切看起來都還不錯:機器破裂,橋梁彎折,航海艦船發動機故障,牙科填充物脫落。


對于該實驗,研究人員研究了云母表面的鎳膜。他們專注于腐蝕的開始-金屬表面開始溶解的點。


他們觀察到,材料的降解并沒有以同質的方式發生。相反,某些區域(可能存在微小裂紋和其他表面缺陷的位置)會遭受強烈的局部腐蝕,從而導致凹坑的突然出現。


“這是非常各向異性的,” Israelachvili解釋說,即使在縫隙內部,開口附近和縫隙內部也會發生不同的事情?!坝捎跀U散的發生,它會影響金屬在縫隙內外的溶解速度。這是一個非常復雜的過程?!?/p>


多布斯說:“腐蝕過程的第一步通常非常重要,因為這告訴您任何保護性表面層都已經破裂,并且底層材料也暴露在溶液中?!?根據研究人員的說法,腐蝕從那里開始,并且從腐蝕坑開始擴散,因為底層的材料對腐蝕性流體的抵抗力不強。


克里斯蒂安森補充說:“我們發現的最重要的方面之一是,目標膜和對置表面之間的電勢差在引發腐蝕方面具有重要意義?!?當電勢差達到某個臨界值時,腐蝕開始的可能性就越大,擴散的速度就越快。在這種情況下,鎳膜受到腐蝕,而化學惰性更高的云母仍然完整。


多布斯說:“我們以前在其他金屬和非金屬材料上已經看到了這種有趣的效果?!?“我們有一些難題,但我們仍在設法闡明這種現象的全部機理?!?/p>


對實時,微觀和納米級腐蝕機理的研究為科學家提供了寶貴的信息,這些信息可能會導致對密閉空間中的材料如何以及何時腐蝕的模型和預測。


Israelachvili說:“基本上,這是延長金屬和設備壽命的問題?!?他補充說,尤其是在如今設備很小的時代,甚至可以將它們放在體內,了解如何正確保護易腐蝕表面將減少由于損壞而需要更換它們的情況。


相反,了解如何在適當的地方加速溶解也將是有益的,例如使用產生更少二氧化碳的非傳統(例如鋁硅)水泥。


多布斯說:“水泥形成過程中的一個重要步驟是溶解水泥的主要成分二氧化硅和氧化鋁,這非常緩慢,并且需要苛刻的條件,不適合大規模生產?!?“在提高溶解速度的同時避免了對不安全,苛性溶液的需求,這將消除實施非傳統水泥的技術障礙?!?/p>


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