腐蚀缝隙和点蚀的纳米级瞥见王远

腐蚀：缝隙和点蚀的纳米级瞥见

什么会影响几乎所有金属制成的东西，从汽车到小船再到地下管道，甚至是牙齿上的填充物？

腐蚀-缓慢的腐蚀过程。全球每年花费数万亿美元，其价格不菲，更不用说它所构成的潜在安全，环境和健康危害。

加州大学圣塔芭芭拉分校化学工程学教授雅各布·以色列阿赫维利说：“腐蚀一直是一个主要问题，已经很长时间了

他补充说，特别是在狭窄的空间中-机器零件之间的细小间隙，五金件和金属板之间的接触区域，密封件后面和垫片下面，两个表面相接的接缝-密切观察这种电化学溶解是一个巨大的挑战。

不再。

他和他的研究小组使用由Israelachvili开发的称为表面力仪器的设备，研究了缝隙和点蚀的过程，并能够实时查看受限表面上的腐蚀过程。

该研究由杜塞尔多夫大学研究生院的霍华德·多布斯和项目科学家凯·克里斯蒂安森以及杜塞尔多夫马克斯-普朗克研究所的同事进行，并发表在《美国国家科学院院刊》上。

克里斯蒂安森说：“借助SFA，我们可以准确地确定感兴趣的金属膜的厚度，并随着腐蚀的发展随时间推移跟踪发展。”

研究人员的设置还使他们可以控制溶液的盐成分，温度以及镍表面的电势。

缝隙和点蚀不是您可能在暴露于海洋的旧船船体上看到的那种普遍的表面锈蚀。

相反，它们是激烈的局部攻击，在这种情况下，可见的衰减看起来看似很小。实际上，直到出现灾难性的故障之前，一切看起来都还不错：机器破裂，桥梁弯折，航海舰船发动机故障，牙科填充物脱落。

对于该实验，研究人员研究了云母表面的镍膜。他们专注于腐蚀的开始-金属表面开始溶解的点。

他们观察到，材料的降解并没有以同质的方式发生。相反，某些区域会遭受强烈的局部腐蚀，从而导致凹坑的突然出现。

“这是非常各向异性的，” Israelachvili解释说，即使在缝隙内部，开口附近和缝隙内部也会发生不同的事情。“由于扩散的发生，它会影响金属在缝隙内外的溶解速度。这是一个非常复杂的过程。”

多布斯说：“腐蚀过程的第一步通常非常重要，因为这告诉您任何保护性表面层都已经破裂，并且底层材料也暴露在溶液中。” 根据研究人员的说法，腐蚀从那里开始，并且从腐蚀坑开始扩散，因为底层的材料对腐蚀性流体的抵抗力不强。

克里斯蒂安森补充说：“我们发现的最重要的方面之一是，目标膜和对置表面之间的电势差在引发腐蚀方面具有重要意义。” 当电势差达到某个临界值时，腐蚀开始的可能性就越大，扩散的速度就越快。在这种情况下，镍膜受到腐蚀，而化学惰性更高的云母仍然完整。

多布斯说：“我们以前在其他金属和非金属材料上已经看到了这种有趣的效果。” “我们有一些难题，但我们仍在设法阐明这种现象的全部机理。”

对实时，微观和纳米级腐蚀机理的研究为科学家提供了宝贵的信息，这些信息可能会导致对密闭空间中的材料如何以及何时腐蚀的模型和预测。

Israelachvili说：“基本上，这是延长金属和设备寿命的问题。” 他补充说，尤其是在如今设备很小的时代，甚至可以将它们放在体内，了解如何正确保护易腐蚀表面将减少由于损坏而需要更换它们的情况。

相反，了解如何在适当的地方加速溶解也将是有益的，例如使用产生更少二氧化碳的非传统水泥。

多布斯说：“水泥形成过程中的一个重要步骤是溶解水泥的主要成分二氧化硅和氧化铝，这非常缓慢，并且需要苛刻的条件，不适合大规模生产。” “在提高溶解速度的同时避免了对不安全，苛性溶液的需求，这将消除实施非传统水泥的技术障碍。”

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