Ett forskargrupp vid Arizona State University har släppt nya insikter om intergranulär spänningskorrosionssprickning (SCC), en miljöorsak till för tidigt fel i konstruerade konstruktioner, inklusive broar, flygplan och kärnkraftsproducerande anläggningar.

Forskningen, Avkoppling av stress och korrosions roll vid den intergranulära sprickningen av ädla legeringar, släpptes idag i Naturmaterial , tar upp antagandet att intergranulärt SCC är resultatet av samtidig närvaro av dragspänning och korrosion, och visar att rollerna av stress och korrosion kan frikopplas, eller kan agera självständigt.

"Fyndet är kulmen på cirka 30 års arbete med denna typ av spänningskorrosionsproblem, " sa ledande forskare Karl Sieradzki, professor i materialvetenskap och teknik vid ASU. "Vi har nu en inblick i hur nya legeringar kan utformas för att undvika denna form av spänningskorrosionsinducerat fel."

När metaller utsätts för vatten som innehåller salter, metallens hållfasthet kan äventyras allvarligt och leda till oväntat fel. Ett exempel på ett SCC -misslyckande är bensinledningen Kinder Morgan 2003 i Tucson, AZ.

Det konventionella paradigmet för att förstå SCC -förhållanden är den samtidiga närvaron av en tillräcklig nivå av dragspänning, en frätande miljö och ett känsligt material.

Forskningen utmanar denna synpunkt och illustrerar att samtidig förekomst av stress och en korrosiv miljö inte är ett krav för SCC, och att det kan uppstå om korrosionen inträffar först och materialet därefter utsätts för spänning.

Förutom Sieradzki, tidningens författare inkluderar Nilesh Badwe, Xiying Chen, Erin Karasz, och Ariana Tse från ASU och Daniel Schreiber, Matthew Olszta, Nicole Overman och Stephen Bruemmer från Pacific Northwest National Laboratory. Forskningen stöddes av det amerikanska energidepartementet.

Teamet undersökte beteendet hos en laboratoriemodell silver-guldlegering, som efterliknar korrosionsbeteendet hos viktiga tekniska legeringar, såsom rostfria stål och nickelbaserade legeringar som används i kärnkraftverk.

Korrosion i dessa konstruktionslegeringar, som i modellen silver-guldlegering, resulterar i bildandet av nanometerstora hål i det korroderade lagret. Enligt Sieradzki, nyckelparametern som bestämmer förekomsten av snabb SCC är vidhäftningen mellan det korroderade skiktet och den okorroderade legeringen. Med hjälp av tekniker i atomskala högupplöst elektronmikroskopi och atomsondstomografi, tillsammans med statistiska karakteriseringar, laget bestämde att det uppenbara kravet på samtidig förekomst av spänning och korrosion existerar på grund av tidsberoende morfologiska förändringar som påverkar vidhäftningen.

Så länge som tillräcklig vidhäftning mellan skikten upprätthålls, en spricka som börjar med det korroderade lagret kan tränga in i den okorroderade legeringen. Detta innebär att det kan finnas en betydande mekanisk komponent för att stressa korrosionssprickor som inte kan identifieras genom någon mätning av korrosion. Resultatet är att en korrosionsmätning kan underskatta graden av SCC med multiplikativa faktorer på 10 eller mer.

"I kärnkraftverk, SCC -underhåll och avstängning av anläggningar är baserade på tidigare erfarenhet av liknande konstruerade reaktorer, Sieradzki förklarade. "Medan vi inte bygger nya kärnkraftverk i USA, dessa fynd bör utlösa sökandet efter nya, korrosionsbeständiga legeringar som kan användas för reservdelar i befintliga anläggningar och i andra viktiga strukturella tillämpningar. "