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令人惊讶的发现可能改变工业使用镍的方式

前沿科技 2019-08-07 10:22:01

镍是地球上最丰富的元素之一。它在室温下是坚硬的,具有可塑性,具有磁性,并且具有相对良好的电和热导体。最值得注意的是,镍具有高度耐腐蚀性,可提供工业上的各种用途。

然而,得克萨斯A&M大学的一组研究人员发现了令人惊讶的发现,镍不仅会腐蚀,而且会以科学家最不期望的方式腐蚀。

该团队由Michael Demkowicz博士领导,他是材料科学与工程系副教授和研究生主任,以及得克萨斯A&M大学动态变形固体研究卓越研究中心主任。

他们的工作发表在美国物理学会的物理评论材料杂志上,题为“在阴极充电下纯镍中相干双边界的优先腐蚀”。

一个令人惊讶的观察

像完成的拼图游戏一样,材料由互锁件制成。在显微镜下,镍由小而紧密堆积的晶体或晶粒的聚集体制成。

腐蚀优先攻击这些颗粒之间的关节或“边界”。这种被称为晶间腐蚀的现象是在微观水平上发生的局部类型的衰变,其目标是在这些边界的每个边缘处的材料的破坏,而不是在材料的外表面处。因此,它从内到外削弱了材料。

相干孪晶边界是材料的内部结构图案沿共享边界形成自身镜像的区域。图片来源:Dharmesh Patel

到目前为止,科学家认为一种特殊类型的边界,即连贯的双边界,对腐蚀具有抵抗力。令人惊讶的是,该团队发现,他们实验中的几乎所有腐蚀都恰好发生在这些边界上。

相干孪晶边界是材料的内部结构图案沿共享边界形成自身镜像的区域。它们发生在原子宽边界两侧的晶体排列没有混乱或混乱时。这些类型的边界在结晶过程中自然发生,但也可能是机械或热影响的结果。

“纯镍主要是耐腐蚀的。但是当我们在阴极(被动和最低能量)侧充电时,它更不容易腐蚀,令人惊讶的是,在连贯的双边界上看到了可见的腐蚀沟,”刘梦莹说。 ,德克萨斯A&M材料科学与工程系的研究生和论文的第一作者。“这一发现将有助于工程师预测腐蚀最有可能发生的地方。甚至可能导致生产的金属腐蚀程度降低。”

更好的理解

该团队的研究不仅为工程师提供了对在需要耐腐蚀性的情况下经常使用的材料的重要见解,而且还提供了关于沿相干孪晶边界的晶间腐蚀的新观点。

多年来,研究人员一直在假设相干的双边界抵抗腐蚀。他们甚至致力于制造具有更多这些边界的金属,以减少腐蚀。

“这一发现需要对金属腐蚀进行数十年的假设,并将它们翻转过来,”Demkowicz说。“为了减少腐蚀,人们一直在制造尽可能多的连贯双边界金属。现在必须重新考虑整个战略。”

Demkowicz认为,这项研究提供的科学见解可能比其技术应用更为重要。“事实证明,以前让我们相信连贯的双边界是耐腐蚀的是有缺陷的,”他说。“这项工作提供了如何提高我们对金属腐蚀的基本认识的线索。”

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