University of Saskatchewan (USask) Ph.D. student Arthur Situm har utvecklat en ny icke-invasiv teknik för att studera rost av stål, forskning som kan hjälpa till med säkerheten vid brytning av kaliumklorid och konstruktion av byggnader, vägar och broar.

Vid den kanadensiska ljuskällans (CLS) synkrotron, en nationell forskningsanläggning av USask, Situm har studerat hur de skyddande beläggningarna av armeringsjärn – armeringsjärnen som används för att förstärka betong – tål rost (korrosion). Han gjorde sin forskning med kaliumgruvindustrin i åtanke.

Salt från kalibrytning sipprar genom den porösa betongen och kan få armeringsjärn att rosta snabbare, som skulle kunna kräva tätare byten. Världens största reserver av kaliumklorid, används främst för gödselmedel, är i Saskatchewan och industrin är en integrerad del av den provinsiella ekonomin, utgör nästan 30 procent av mineralets världsomspännande produktion 2017.

"Betong håller vanligtvis ganska bra även när armeringsjärnet är något rostigt, men metoden jag utvecklade hjälper dig att avgöra vid vilken tidpunkt armeringsjärnens skyddande beläggningar misslyckas, så att forskare kan utveckla bättre beläggningar, sa Situm.

Till skillnad från andra metoder som används för att studera korrosion, Situms nya synkrotronteknik, som härrör från en kombination av röntgenstrålar, ett mikroskop och CLS-partikelacceleratorn, visar hur effektiva beläggningarna är utan att ta bort dem från armeringsjärnet. I vanliga fall, Borttagning av beläggning skadar prover genom att göra dem oanvändbara för framtida tester och kan störa korrosionen av själva beläggningen.

Projektet finansieras av:den federala byrån NSERC; International Minerals Innovation Institute (IMII); kaliumklorid företag Nutrien, BHP och mosaik; och Mitacs, en nationell icke-vinstdrivande organisation som främjar tillväxt och innovation för företag och akademi i Kanada.

"Vi arbetar nära dessa företag för att bättre förstå vad deras behov är när det gäller armeringsjärn, och vi delar regelbundet våra resultat med dem och IMII, " sa kemiprofessor Andrew Grosvenor, Situms handledare. "Vi hoppas att vårt arbete i slutet av projektet kommer att vara användbart för dem för att ytterligare förbättra säkerheten för konstruktioner i kaliumkloridindustrin."

Situm har simulerat olika förhållanden för flera typer av skyddande beläggningar i labbet för att förstå hur materialen och ytkemikalierna kan reagera. Hans resultat visar att en välkänd och dyrare beläggning som kallas "fusion-bonded epoxy" klarar korrosion bättre än andra typer av beläggningar som testats.

"Det är inte bara arbetet vi gör i labbet som kan tala om för oss att välja en viss beläggning. En materialprestanda kan förändras mycket baserat på materialets livslängd och miljöexponering, så vi rekommenderar inte en beläggning framför andra, sade Grosvenor. "Arthur var mer intresserad av att hitta nya sätt att studera korrosion."

Situms teknik "kartar" hur de kemiska elementen i ett material placeras över dess yta, och hur de kan förändras som svar på korrosion eller åldrande. Hans resultat publiceras i tidskrifterna Korrosionsvetenskap och Yt- och gränssnittsanalys .

"Mycket som en karta över en stad, som berättar var parker och byggnader finns, och hur stor, min karta visar en mycket exakt fördelning av kemikalier i ett material, " han sa.

Situm planerar att utöka tillämpningarna av sin teknik för att studera stabiliteten hos den keramik som används för att lagra kärnavfall, använda ett simulerat kärnbränsle.