Onderzoekers bestuderen al tientallen jaren de corrosieve effecten van chloride op verschillende materialen. Nu dankzij krachtige computers in het San Diego Supercomputer Center (SDSC) aan UC San Diego en het Texas Advanced Computing Center (TACC), gedetailleerde modellen zijn gesimuleerd om nieuw inzicht te geven in hoe chloride leidt tot corrosie op structurele metalen, resulterend in economische en milieueffecten.

Uitgevoerd door een team van het College of Engineering van de Oregon State University (OSU), een studie waarin deze nieuwe informatie werd besproken, werd gepubliceerd in Afbraak van materialen , een Natuur partner tijdschrift.

"Staal is de meest gebruikte structurele metalen ter wereld en hun corrosie heeft ernstige economische, milieu, en sociale implicaties, " zei studie co-auteur Burkan Isgor, een OSU-hoogleraar civiele techniek en bouwtechniek. "Als we het proces begrijpen van hoe beschermende passieve films worden afgebroken, kunnen we op maat gemaakte effectieve legeringen en corrosieremmers ontwerpen die de levensduur kunnen verlengen van constructies die worden blootgesteld aan chlorideaanvallen."

Isgor werkte bij het uitvoeren van het onderzoek nauw samen met OSU School of Engineering-collega Líney Árnadóttir en met afgestudeerde studenten Hossein DorMohammadi en Qin Pang. Als universitair hoofddocent chemische technologie, Árnadóttir zei dat haar werk vaak computationele methoden gebruikt om chemische processen op oppervlakken te bestuderen met toepassingen in materiaaldegradatie.

"We werken vaak samen met experimentele groepen en gebruiken experimentele hulpmiddelen voor oppervlaktewetenschap om onze computationele methoden aan te vullen, " zei ze. "Voor deze studie vertrouwden we op toewijzingen van de Extreme Science and Engineering Discovery Environment (XSEDE) van de National Science Foundation (NSF), zodat we Comet en Stampede2 konden gebruiken om verschillende computationele analyses en experimenten te combineren die fundamentele natuurkundige en scheikundige benaderingen toepassen op een toegepast probleem met potentieel grote maatschappelijke impact."

Het OSU-team gebruikte een methode genaamd dichtheidsfunctionaaltheorie (DFT) om de structurele, magnetisch, en elektronische eigenschappen van de betrokken moleculen. Hun simulaties werden ook bevestigd door anderen met behulp van reactieve moleculaire dynamica (Reax-FF MD), waardoor ze nauwkeurig de op chemie gebaseerde processen op nanoschaal konden modelleren die leiden tot door chloride geïnduceerde afbraak van passieve ijzerfilms.

"Het modelleren van degradatie van oxidefilms in complexe omgevingen is rekenkundig erg duur, en kan zelfs op een kleine lokale cluster onpraktisch zijn, "zei Isgor. "Niet alleen maken Comet en Stampede2 het mogelijk om aan complexere, realistischer, en industrieel relevante problemen, maar ook deze krachtige computers laten ons dat binnen een redelijke termijn doen, kennis vooruit brengen."