29/07/2013 - Análisis de la corrosión a escala nanométrica

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Un equipo de investigadores europeos y mexicanos, liderados desde el Instituto Max-Planck en Alemania, ha analizado mediante una ‘sonda atómica’ los procesos de corrosión de materiales como el acero, un problema que cuesta millones de euros al año.

El estudio, que publica la revista Science, revela que la temperatura y la distribución homogénea de elementos como el cromo resultan claves para obtener aceros inoxidables más resistentes.

“Para reducir las pérdidas que genera cada año la corrosión de los materiales, valoradas en centenares de millones de euros, tenemos que mejorar nuestra compresión sobre los procesos corrosivos en los materiales, sobre todo en aquellos diseñados específicamente para resistir la corrosión, como los aceros inoxidables”, explica a SINC la investigadora mexicana Jazmín Duarte, del Instituto Max-Planck para la Investigación del Hierro (MPIE, en Alemania).

Duarte, junto a otros científicos alemanes y de la Universidad Politécnica de Cataluña, presentan en la revista Science un análisis de cómo la estructura a nivel atómico influye en la resistencia a la corrosión de un acero o aleación integrada por hierro, cromo, molibdeno, carbono y boro (Fe₅₀Cr₁₅Mo₁₄C₁₅B₆). El cromo y el molibdeno son esenciales para convertir un acero en inoxidable.

Distribución del cromo (azul) y el molibdeno (rojo) en una aleación con hierro (verde) según se eleva la temperatura. / M. J. Duarte et al.-MPIE

En este caso la distribución homogénea de pequeños cristales de cromo, que forman  una capa de óxido protectora,  resulta clave para que el  material sea resistente a la corrosión. Esto ocurre a temperaturas de unos 620ºC.

Pero la situación cambia cuando la aleación se calienta más. A 650 ºC aparecen nuevos cristales ricos en  molibdeno, y a 800 ºC –por un fenómeno de percolación– se genera una red donde se interconectan el molibdeno y el cromo, que ya no se reparte de forma homogénea y pierde su capacidad protectora.

“No es sólo la composición, sino también  la temperatura o factores cómo el  procesado del material y las condiciones de operación las que modifican la microestructura y la hacen más o menos susceptible a la corrosión”, comenta Duarte.

La investigadora destaca que estos resultados se han observado gracias a una técnica denominada ‘tomografía por sonda atómica’ (atom probe tomography, en inglés), con la que se evaporan los átomos de la muestra uno a uno y se proyectan hacia un detector. Esto permite obtener información tridimensional sobre cómo varía la composición y morfología de los elementos según se calienta la aleación.

Además de la importancia de los estudios a escala nanométrica, “como guía práctica podemos concluir que una clave para obtener materiales más resistentes a la corrosión y de menor costo –por  la introducción de elementos anticorrosivos– es la posibilidad de generar una distribución homogénea de los elementos en la aleación”,  resume Duarte.

Referencia bibliográfica:

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-Resolved Corrosion Analysis of Stainless-Type Glass-Forming Steels”. Science341, 26 de julio de 2013.

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