Nikkel is een van de meest voorkomende elementen op aarde. Het is moeilijk, toch kneedbaar, magnetisch bij kamertemperatuur, en een relatief goede geleider van elektriciteit en warmte. Met name, nikkel is zeer corrosiebestendig, die voorziet in een verscheidenheid aan toepassingen door de industrie.

Echter, een verrassende ontdekking door een team van onderzoekers van de Texas A&M University heeft ontdekt dat nikkel niet alleen corrodeert, maar doet dat op een manier die wetenschappers het minst verwachtten.

Het team werd geleid door Dr. Michael Demkowicz, universitair hoofddocent en gediplomeerd directeur bij de afdeling Materials Science and Engineering, en directeur van het Center for Research Excellence on Dynamically Deformed Solids aan de Texas A&M University.

Hun werk werd gepubliceerd in de American Physical Society's Fysiek beoordelingsmateriaal tijdschrift in een artikel getiteld "Preferentiële corrosie van samenhangende tweelinggrenzen in zuiver nikkel onder kathodische oplading."

Een verrassende observatie

Als een voltooide puzzel, materialen zijn gemaakt van in elkaar grijpende stukken. microscopisch, nikkel is gemaakt van aggregaten van kleine, dicht opeengepakte kristallen of korrels.

Corrosie tast bij voorkeur de gewrichten aan, of "grenzen, " tussen deze korrels. Dit fenomeen, bekend als interkristallijne corrosie, is een gelokaliseerd type verval dat optreedt op microscopisch niveau, gericht op de afbraak van materialen aan de randen van elk van deze grenzen, in plaats van aan de buitenkant van het materiaal. Als zodanig, het verzwakt het materiaal van binnenuit.

Tot nu, wetenschappers dachten dat een speciaal type grens, bekend als een coherente tweelinggrens, bestand was tegen corrosie. Verrassend genoeg, het team ontdekte dat bijna alle corrosie in hun experimenten precies op deze grenzen plaatsvond.

Coherente tweelinggrenzen zijn gebieden waarin het interne structuurpatroon van het materiaal een spiegelbeeld van zichzelf vormt langs een gedeelde grens. Ze komen voor wanneer kristalformaties aan weerszijden van een atoombrede grens op één lijn liggen zonder wanorde of wanorde. Dit soort grenzen komen van nature voor tijdens kristallisatie, maar kan ook het gevolg zijn van mechanische of thermische invloeden.

"Puur nikkel is meestal corrosiebestendig. Maar toen we het aan de kathodische (passieve en laagste energie) kant laadden, die nog minder kans heeft om te corroderen, we deden, verrassend genoeg, zie zichtbare corrosiegeulen op coherente tweelinggrenzen, " zei Mengying Liu, afgestudeerde student aan de afdeling Materials Science and Engineering van Texas A&M en eerste auteur op het papier. "Deze bevinding zal ingenieurs helpen te voorspellen waar corrosie het meest waarschijnlijk begint. Het kan zelfs leiden tot de productie van metalen die minder corroderen."

Een beter inzicht

Het onderzoek van het team biedt ingenieurs niet alleen essentieel inzicht in materialen die vaak worden gebruikt in situaties die corrosieweerstand vereisen, maar biedt ook een nieuw perspectief met betrekking tot interkristallijne corrosie langs coherente tweelinggrenzen.

Voor jaren, onderzoekers zijn ervan uitgegaan dat coherente tweelinggrenzen corrosie weerstaan. Ze hebben zelfs gewerkt om metalen te maken die meer van deze grenzen hebben in een poging om corrosie te verminderen.

"Deze bevinding vergt tientallen jaren van aannames over metaalcorrosie en zet ze op hun kop, " zei Demkowicz. "In een poging om corrosie te verminderen, mensen hebben metalen gemaakt die zoveel mogelijk coherente tweelinggrenzen bevatten. Nu zal die hele strategie moeten worden heroverwogen."

Demkowicz is van mening dat het wetenschappelijke inzicht dat dit onderzoek oplevert, misschien nog wel belangrijker is dan de technologische toepassingen ervan. "Het blijkt dat de redenering die ons eerder deed geloven dat coherente tweelinggrenzen corrosiebestendig zijn, gebrekkig is, " zei hij. "Dit werk geeft aanwijzingen over hoe we ons fundamentele begrip van metaalcorrosie kunnen verbeteren."