Overraskende opdagelse kan ændre den måde, industrien bruger nikkel på

Nikkel er et af de mest udbredte grundstoffer på jorden. Det er svært, dog formbar, magnetisk ved stuetemperatur, og en relativt god leder af elektricitet og varme. Især, nikkel er meget korrosionsbestandigt, som giver industrien mulighed for en række anvendelser.

Imidlertid, en overraskende opdagelse af et team af forskere ved Texas A&M University har fundet ud af, at nikkel ikke kun korroderer, men gør det på en måde, som forskerne mindst havde forventet.

Teamet blev ledet af Dr. Michael Demkowicz, lektor og diplomdirektør i Institut for Materialevidenskab og Teknik, og direktør for Center for Research Excellence on Dynamically Deformed Solids ved Texas A&M University.

Deres arbejde blev offentliggjort i American Physical Society's Materialer til fysisk gennemgang tidsskrift i en artikel med titlen "Preferential Corrosion of Coherent Twin Boundaries in Pure Nickel Under Cathodic Charging."

En overraskende observation

Som et færdigt puslespil, materialer er lavet af sammenlåsende stykker. Mikroskopisk, nikkel er lavet af aggregater af små, tætpakkede krystaller eller korn.

Korrosion angriber fortrinsvis leddene, eller "grænser, "mellem disse korn. Dette fænomen, kendt som intergranulær korrosion, er en lokaliseret form for henfald, der forekommer på mikroskopisk niveau, målrette nedbrydningen af ​​materialer ved kanterne af hver af disse grænser, snarere end på den ydre overflade af materialet. Som sådan, det svækker materialet indefra og ud.

Indtil nu, videnskabsmænd troede, at en særlig type grænse, kendt som en sammenhængende tvillingegrænse, var modstandsdygtig over for korrosion. Overraskende nok, holdet opdagede, at næsten al korrosion i deres eksperimenter fandt sted netop på disse grænser.

Kohærente tvillingegrænser er områder, hvor materialets indre strukturmønster danner et spejlbillede af sig selv langs en fælles grænse. De opstår, når krystalformationer på hver side af en atom-bred grænse står på linje uden uorden eller uorden. Disse typer grænser forekommer naturligt under krystallisation, men kan også være resultatet af mekanisk eller termisk påvirkning.

"Rent nikkel er for det meste korrosionsbestandigt. Men da vi opladede det på den katodiske (passive og laveste energi) side, som er endnu mindre tilbøjelige til at korrodere, vi gjorde, overraskende, se synlige korrosionsgrave på sammenhængende tvillingegrænser, " sagde Mengying Liu, kandidatstuderende ved Institut for Materialevidenskab og Teknik ved Texas A&M og førsteforfatter på papiret. "Dette fund vil hjælpe ingeniører med at forudsige, hvor korrosion er mest sandsynligt at begynde. Det kan endda føre til produktion af metaller, der korroderer mindre."

En bedre forståelse

Holdets forskning giver ikke kun ingeniører vital indsigt i materialer, der ofte bruges i situationer, der kræver korrosionsbestandighed, men tilbyder også et nyt perspektiv vedrørende intergranulær korrosion langs sammenhængende tvillingegrænser.

Årevis, forskere har opereret ud fra den antagelse, at sammenhængende tvillingegrænser modstår korrosion. De har endda arbejdet på at skabe metaller, der har flere af disse grænser i et forsøg på at reducere korrosion.

"Dette fund tager årtiers antagelser om metalkorrosion og vender dem på hovedet, "sagde Demkowicz." I et forsøg på at reducere korrosion, mennesker har lavet metaller, der indeholder så mange sammenhængende tvillingegrænser som muligt. Nu skal hele den strategi genovervejes."

Demkowicz mener, at den videnskabelige indsigt, som denne undersøgelse giver, kan være endnu vigtigere end dens teknologiske anvendelser. "Det viser sig, at ræsonnementet, der tidligere fik os til at tro, at sammenhængende tvillingegrænser er korrosionsbestandige, er mangelfulde, " sagde han. "Dette arbejde giver fingerpeg om, hvordan vi kan forbedre vores grundlæggende forståelse af metalkorrosion."