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Überraschende Entdeckung könnte die Art und Weise ändern, wie die Industrie Nickel verwendet

08.08.2019

Mengying Liu, Texas A&M University

Dies ist ein REM-Bild der korrodierten Ni-Oberfläche.

Nickel ist eines der am häufigsten vorkommenden Elemente auf der Erde. Es ist hart, aber formbar, magnetisch bei Raumtemperatur und ein relativ guter Leiter von Strom und Wärme. Vor allem ist Nickel sehr korrosionsbeständig, was eine Vielzahl von Anwendungen in der Industrie ermöglicht.

Eine überraschende Entdeckung eines Forscherteams der Texas A&M University hat jedoch ergeben, dass Nickel nicht nur korrodiert, sondern dies auch auf eine Weise tut, die Wissenschaftler am wenigsten erwartet haben.

Das Team wurde von Dr. Michael Demkowicz, Associate Professor und Graduate Director am Department of Materials Science and Engineering und Direktor des Center for Research Excellence on Dynamically Deformed Solids an der Texas A&M University, geleitet.

Ihre Arbeit wurde in der Zeitschrift American Physical Society's Physical Review Materials in einem Artikel mit dem Titel "Preferential Corrosion of Coherent Twin Boundaries in Pure Nickel Under Cathodic Charging" veröffentlicht.

Eine überraschende Beobachtung

Wie ein fertiges Puzzle bestehen die Materialien aus ineinandergreifenden Teilen. Mikroskopisch gesehen besteht Nickel aus Aggregaten kleiner, dicht gepackter Kristalle oder Körner.

Korrosion greift vorzugsweise die Verbindungen oder "Grenzen" zwischen diesen Körnern an. Dieses Phänomen, bekannt als interkristalline Korrosion, ist eine lokalisierte Art des Zerfalls, der auf mikroskopischer Ebene auftritt und auf den Abbau von Materialien an den Kanten jeder dieser Grenzen abzielt, und nicht an der Außenfläche des Materials. Dadurch wird das Material von innen nach außen geschwächt.

Bisher dachten die Wissenschaftler, dass eine spezielle Art von Grenze, die als kohärente Doppelgrenze bezeichnet wird, korrosionsbeständig ist. Überraschenderweise entdeckte das Team, dass fast die gesamte Korrosion in ihren Experimenten genau an diesen Grenzen auftrat.

Kohärente Doppelbegrenzungen sind Bereiche, in denen das innere Strukturmuster des Materials entlang einer gemeinsamen Grenze ein Spiegelbild von sich selbst bildet. Sie treten auf, wenn Kristallformationen auf beiden Seiten einer atomweiten Grenze ohne Störung oder Unordnung aufeinandertreffen. Diese Art von Grenzen treten natürlich während der Kristallisation auf, können aber auch das Ergebnis mechanischer oder thermischer Einflüsse sein.

"Reines Nickel ist meist korrosionsbeständig. Aber als wir es auf der kathodischen (passiven und niederenergetischen) Seite aufluden, die noch weniger korrodiert, sahen wir überraschenderweise sichtbare Korrosionsgraben an kohärenten Doppelgrenzen", sagte Mengying Liu, Doktorand am Department of Materials Science and Engineering bei Texas A&M und Erstautor auf dem Papier. "Dieses Ergebnis wird den Ingenieuren helfen, vorherzusagen, wo die Korrosion am ehesten beginnen wird. Es kann sogar zur Produktion von Metallen führen, die weniger korrodieren."

Ein besseres Verständnis

Die Forschung des Teams bietet Ingenieuren nicht nur wichtige Einblicke in Materialien, die oft in Situationen eingesetzt werden, in denen Korrosionsbeständigkeit erforderlich ist, sondern bietet auch eine neue Perspektive in Bezug auf interkristalline Korrosion entlang zusammenhängender Doppelgrenzen.

Seit Jahren gehen die Forscher davon aus, dass kohärente Zwillingsgrenzen korrosionsbeständig sind. Sie haben sogar daran gearbeitet, Metalle herzustellen, die mehr von diesen Grenzen aufweisen, um die Korrosion zu reduzieren.

"Dieser Befund nimmt jahrzehntelange Annahmen über Metallkorrosionen und wirft sie auf den Kopf", sagte Demkowicz. "In dem Bestreben, Korrosion zu reduzieren, haben die Menschen Metalle hergestellt, die so viele zusammenhängende Zwillingsgrenzen wie möglich enthalten. Jetzt muss die gesamte Strategie überdacht werden."

Demkowicz glaubt, dass die wissenschaftlichen Erkenntnisse dieser Studie noch wichtiger sein könnten als ihre technologischen Anwendungen. "Es stellt sich heraus, dass die Argumentation, die uns früher zu der Annahme veranlasst hat, dass kohärente Doppelgrenzen korrosionsbeständig sind, fehlerhaft ist", sagte er. "Diese Arbeit gibt Hinweise, wie wir unser grundlegendes Verständnis von Metallkorrosion verbessern können."

Hinweis: Dieser Artikel wurde mit einem Computersystem ohne menschlichen Eingriff übersetzt. LUMITOS bietet diese automatischen Übersetzungen an, um eine größere Bandbreite an aktuellen Nachrichten zu präsentieren. Da dieser Artikel mit automatischer Übersetzung übersetzt wurde, ist es möglich, dass er Fehler im Vokabular, in der Syntax oder in der Grammatik enthält. Den ursprünglichen Artikel in Englisch finden Sie hier.

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