Никель — один из самых распространенных элементов на земле. Он твердый, но пластичный, проявляет магнитные свойства при комнатной температуре и является относительно хорошим проводником электричества и тепла. Прежде всего, никель обладает высокой коррозионной стойкостью, что обеспечивает его разнообразное использование в промышленности. Однако недавно ученые обнаружили, что никель не только корродирует, но и делает это весьма неожиданным образом.
Команду ученых возглавлял доктор Майкл Демкович, доцент и заведующий кафедры материаловедения, директор центра исследований динамических деформаций твердых тел при Техасском университете A&M.
Работа была опубликована в журнале Американского физического общества Physical Review Materials в статье "Избирательная коррозия когерентных двойниковых границ в чистом никеле при катодном заряжении".
Удивительное наблюдение
Подобно сложенному пазлу, материалы состоят из соединяющихся между собой частей. На микроскопическом уровне никель состоит из блоков небольших, плотно упакованных кристаллов или зерен.
Коррозия преимущественно воздействует на стыки (границы) между этими зернами. Это явление, известное как межкристаллитная коррозия, представляет собой локализованный тип распада, который происходит на микроскопическом уровне и приводит к разрушению материалов по краям каждой из этих границ, а не по внешней поверхности материала. Фактически, материал разрушается изнутри.
До сих пор ученые считали, что один особый тип границы, известный как когерентная двойниковая граница, устойчив к коррозии. Группа ученых с удивлением обнаружила, что почти вся коррозия в проведенных экспериментах возникала именно на этих границах.
Когерентные двойниковые границы — это области, в которых внутренняя структура материала образует зеркальное отражение самой себя вдоль общей границы. Это происходит, когда кристаллические образования по обе стороны от границы шириной в атом выстраиваются не хаотично. Такие типы границ естественным образом возникают в процессе кристаллизации, но также могут быть результатом механического или теплового воздействия.
"Чистый никель по большей части устойчив к коррозии. Но когда мы зарядили его на катодной стороне (пассивной и с самой низкой энергией), которая еще меньше подвержена коррозии, мы с удивлением обнаружили явные коррозионные каналы на когерентных двойниковых границах", — говорит Мэнъин Лю, аспирант кафедры материаловедения Техасского университета A&M и ведущий автор статьи. "Это открытие поможет инженерам предсказать, где вероятнее всего начнется коррозия. В перспективе это может даже привести к производству металлов, которые меньше подвержены коррозии".
Более глубокое понимание
Данное исследование обеспечивает инженерам не только глубинное понимание материалов, часто используемых в ситуациях, которые требуют коррозионной стойкости, но и новые перспективы относительно межкристаллитной коррозии вдоль когерентных двойниковых границ.
Многие годы исследователи работали, исходя из предположения, что когерентные двойниковые границы не подвержены коррозии. С целью снижения коррозии ученые работали даже над созданием металлов, которые имели бы больше таких границ.
"Это открытие берет десятки предположений о коррозии металлов и переворачивает их с ног на голову", — говорит Демкович. "С целью снижения коррозии люди изготавливали металлы с максимально возможным количеством когерентных двойниковых границ. Теперь вся эта стратегия должна быть пересмотрена".
Демкович считает, что научное понимание, полученное в результате данного исследования, может быть даже более важным, чем его техническое применение. "Оказывается, рассуждения, которые ранее заставляли нас полагать, что когерентные двойниковые границы устойчивы к коррозии, ошибочны", — заявляет он. "Эта работа позволяет получить более глубокое понимание коррозии металлов".
Источник: Техасский университет A&M
