29/07/2013 - Korrosionsanalyse auf Nanoebene

Menéame

Ein Team europäischer und mexikanischer Forscher, geführt von der Max-Planck-Institut In Deutschland hat er die "Atomsonde" der Korrosionsprozesse Materialien wie Stahl, ein Problem, das Millionen Euro pro Jahr kostet.

Die Studie, die die Zeitschrift veröffentlicht Wissenschaft, zeigt, dass die Temperatur und die gleichmäßige Verteilung von Elementen wie Chrom Schlüssel zur Gewinnung von widerstandsfähigeren Edelstahlen sind.

"Um die Verluste, die durch die Korrosion der Materialien jedes Jahr entstehen, zu verringern, müssen wir unsere Kompression über korrosive Prozesse in Materialien verbessern, vor allem in solchen, die speziell für Korrosionsschutz entwickelt wurden, wie beispielsweise rostfreier Stahl," erklärt die mexikanische Forscherin Jasmin Duarte vom Max-Planck-Institut für Eisenforschung (MPIE in Deutschland).

Duarte, zusammen mit anderen deutschen Wissenschaftlern und der Polytechnischen Universität Katalonien, präsentiert in der Zeitschrift Wissenschaft eine Analyse, wie die Struktur auf atomarer Ebene die Korrosionsbeständigkeit eines Stahls oder einer Legierung beeinflusst, die aus Eisen, Chrom, Molybdän, Kohlenstoff und Bor besteht (Fe₅₀Cr₁₅Mo₁₄C₁₅B₆). Chrom und Molybdän sind für die Umwandlung eines Stahls in Edelstahl unerlässlich.

Verteilung von Chrom (blau) und Molybdän (rot) in einer Legierung mit Eisen (grün) je nach Temperatur. / M. J. Duarte et al.-MPIE

In diesem Fall ist die homogene Verteilung kleiner Chromkristalle, die eine Schutzoxidschicht bilden, von entscheidender Bedeutung für die Korrosionsbeständigkeit des Materials. Dies geschieht bei Temperaturen von etwa 620 °C.

Aber die Situation ändert sich, wenn die Legierung noch heißer wird. Bei 650 °C entstehen neue, Molybdän-reiche Kristalle, und bei 800 °C wird durch Perkolation ein Netz erzeugt, in dem Molybdän und Chrom miteinander verbunden werden, das nicht mehr gleichmäßig verteilt wird und seine Schutzfähigkeit verliert.

"Es ist nicht nur die Zusammensetzung, sondern auch die Temperatur oder Faktoren, wie die Verarbeitung des Materials und die Betriebsbedingungen die Mikrostruktur verändern und sie mehr oder weniger korrosionsempfindlich machen," sagt Duarte.

Die Forscherin betont, dass diese Ergebnisse durch eine Technik mit dem Namen 'Tomographie durch Atomsonde' (atom probe tomgraphy, in englischer Sprache), mit dem die Atome der Probe einzeln verdampft und in Richtung eines Detektors projiziert werden. Dies ermöglicht es, dreidimensionale Informationen darüber zu erhalten, wie die Zusammensetzung und Morphologie der Elemente variiert, je nachdem, wie die Legierung erwärmt wird.

Neben der Bedeutung von Nanostudien können wir "als praktischer Leitfaden feststellen, dass ein Schlüssel zur Gewinnung korrosionsbeständiger und kostengünstigerer Materialien - durch die Einführung von Korrosionsschutzelementen - die Möglichkeit ist, eine homogene Verteilung der Elemente in der Legierung zu erzeugen," so Duarte.

Bibliographische Referenz:

M. J. Duarte, J. Klemm, S. O. Klemm, K. J. J. Mayrhofer, M. Stratmann, S. Borodin, A. H. Romero,M. Madinehei, D. Crespo, J. Serrano, S. S. A. Gerstl, P. P. Choi, D. Raabe, F. U. Renner. “Element-Lösung Corrosion Analysis of Stainless-Type Glass-Forming Steels”. Wissenschaft341, 26. Juli 2013.

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