令人驚訝的發(fā)現(xiàn)可能改變工業(yè)使用鎳的方式

鎳是地球上最豐富的元素之一。它在室溫下是堅硬的，具有可塑性，具有磁性，并且具有相對良好的電和熱導(dǎo)體。最值得注意的是，鎳具有高度耐腐蝕性，可提供工業(yè)上的各種用途。

然而，得克薩斯A&M大學(xué)的一組研究人員發(fā)現(xiàn)了令人驚訝的發(fā)現(xiàn)，鎳不僅會腐蝕，而且會以科學(xué)家最不期望的方式腐蝕。

該團隊由Michael Demkowicz博士領(lǐng)導(dǎo)，他是材料科學(xué)與工程系副教授和研究生主任，以及得克薩斯A&M大學(xué)動態(tài)變形固體研究卓越研究中心主任。

他們的工作發(fā)表在物理學(xué)會的物理評論材料雜志上，題為“在陰極充電下純鎳中相干雙邊界的優(yōu)先腐蝕”。

一個令人驚訝的觀察

像完成的拼圖游戲一樣，材料由互鎖件制成。在顯微鏡下，鎳由小而緊密堆積的晶體或晶粒的聚集體制成。

腐蝕優(yōu)先攻擊這些顆粒之間的關(guān)節(jié)或“邊界”。這種被稱為晶間腐蝕的現(xiàn)象是在微觀水平上發(fā)生的局部類型的衰變，其目標(biāo)是在這些邊界的每個邊緣處的材料的破壞，而不是在材料的外表面處。因此，它從內(nèi)到外削弱了材料。

相干孿晶邊界是材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖案沿共享邊界形成自身鏡像的區(qū)域。圖片來源：Dharmesh Patel

到目前為止，科學(xué)家認(rèn)為一種特殊類型的邊界，即連貫的雙邊界，對腐蝕具有抵抗力。令人驚訝的是，該團隊發(fā)現(xiàn)，他們實驗中的幾乎所有腐蝕都恰好發(fā)生在這些邊界上。

相干孿晶邊界是材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖案沿共享邊界形成自身鏡像的區(qū)域。它們發(fā)生在原子寬邊界兩側(cè)的晶體排列沒有混亂或混亂時。這些類型的邊界在結(jié)晶過程中自然發(fā)生，但也可能是機械或熱影響的結(jié)果。

“純鎳主要是耐腐蝕的。但是當(dāng)我們在陰極(被動和最低能量)側(cè)充電時，它更不容易腐蝕，令人驚訝的是，在連貫的雙邊界上看到了可見的腐蝕溝，”劉夢瑩說。 ，德克薩斯A&M材料科學(xué)與工程系的研究生和論文的第一作者。“這一發(fā)現(xiàn)將有助于工程師預(yù)測腐蝕最有可能發(fā)生的地方。甚至可能導(dǎo)致生產(chǎn)的金屬腐蝕程度降低。”

更好的理解

該團隊的研究不僅為工程師提供了對在需要耐腐蝕性的情況下經(jīng)常使用的材料的重要見解，而且還提供了關(guān)于沿相干孿晶邊界的晶間腐蝕的新觀點。

多年來，研究人員一直在假設(shè)相干的雙邊界抵抗腐蝕。他們甚至致力于制造具有更多這些邊界的金屬，以減少腐蝕。

“這一發(fā)現(xiàn)需要對金屬腐蝕進行數(shù)十年的假設(shè)，并將它們翻轉(zhuǎn)過來，”Demkowicz說。“為了減少腐蝕，人們一直在制造盡可能多的連貫雙邊界金屬?，F(xiàn)在必須重新考慮整個戰(zhàn)略。”

Demkowicz認(rèn)為，這項研究提供的科學(xué)見解可能比其技術(shù)應(yīng)用更為重要。“事實證明，以前讓我們相信連貫的雙邊界是耐腐蝕的是有缺陷的，”他說。“這項工作提供了如何提高我們對金屬腐蝕的基本認(rèn)識的線索。”