Nickel är ett av de mest förekommande grundämnena på jorden. Det är svårt, ändå formbar, magnetisk vid rumstemperatur, och en relativt god ledare av el och värme. Mest anmärkningsvärt, nickel är mycket korrosionsbeständigt, som ger en mängd olika användningsområden för industrin.

Dock, en överraskande upptäckt av ett team av forskare vid Texas A&M University har funnit att nickel inte bara korroderar, men gör det på ett sätt som forskarna minst förväntade sig.

Teamet leddes av Dr. Michael Demkowicz, docent och doktoranddirektör vid Institutionen för materialvetenskap och teknik, och chef för Center for Research Excellence on Dynamically Deformed Solids vid Texas A&M University.

Deras arbete publicerades i American Physical Society's Material för fysisk granskning tidskrift i en artikel med titeln "Preferential Corrosion of Coherent Twin Boundaries in Pure Nickel Under Cathodic Charging."

En överraskande observation

Som ett färdigt pussel, material är gjorda av sammankopplade delar. Mikroskopiskt, nickel är tillverkat av aggregat av små, tätt packade kristaller eller korn.

Korrosion angriper företrädesvis lederna, eller "gränser, "mellan dessa korn. Detta fenomen, känd som intergranulär korrosion, är en lokaliserad typ av sönderfall som inträffar på mikroskopisk nivå, inrikta sig på nedbrytningen av material vid kanterna av var och en av dessa gränser, snarare än på den yttre ytan av materialet. Som sådan, det försvagar materialet inifrån och ut.

Tills nu, forskare trodde att en speciell typ av gräns, känd som en sammanhängande tvillinggräns, var resistent mot korrosion. Förvånande, teamet upptäckte att nästan all korrosion i deras experiment inträffade just på dessa gränser.

Koherenta tvillinggränser är områden där materialets inre strukturmönster bildar en spegelbild av sig själv längs en gemensam gräns. De uppstår när kristallformationer på vardera sidan av en atomomfattande gräns radas upp utan oordning eller oordning. Dessa typer av gränser uppstår naturligt under kristallisation, men kan också vara resultatet av mekanisk eller termisk påverkan.

"Rent nickel är mestadels korrosionsbeständigt. Men när vi laddade det på den katodiska (passiva och lägsta energi) sidan, som är ännu mindre benägen att korrodera, vi gjorde, förvånande, se synliga korrosionsgravar på sammanhängande tvillinggränser, sa Mengying Liu, doktorand vid institutionen för materialvetenskap och teknik vid Texas A&M och första författare på tidningen. "Detta fynd kommer att hjälpa ingenjörer att förutsäga var korrosion är mest sannolikt att börja. Det kan till och med leda till produktion av metaller som korroderar mindre."

En bättre förståelse

Teamets forskning ger inte bara ingenjörer viktig insikt i material som ofta används i situationer som kräver korrosionsbeständighet, men erbjuder också ett nytt perspektiv på intergranulär korrosion längs koherenta tvillinggränser.

I åratal, forskare har arbetat med antagandet att koherenta tvillinggränser motstår korrosion. De har till och med arbetat för att skapa metaller som har fler av dessa gränser i ett försök att minska korrosion.

"Detta fynd tar årtionden av antaganden om metallkorrosion och vänder dem på huvudet, " sade Demkowicz. "I ett försök att minska korrosion, människor har tillverkat metaller som innehåller så många sammanhängande tvillinggränser som möjligt. Nu måste hela strategin omprövas."

Demkowicz tror att den vetenskapliga insikten som denna studie ger kan vara ännu viktigare än dess tekniska tillämpningar. "Det visar sig att resonemanget som tidigare fick oss att tro att koherenta tvillinggränser är korrosionsbeständiga är felaktiga, ", sade han. "Detta arbete ger ledtrådar om hur vi kan förbättra vår grundläggande förståelse av metallkorrosion."