Ciò che colpisce quasi tutto ciò che è in metallo, dalle auto alle barche ai tubi sotterranei e persino alle otturazioni nei denti? Corrosione:un lento processo di decadimento. A un costo globale di trilioni di dollari all'anno, ha un prezzo elevato, per non parlare di, la potenziale sicurezza, rischi per l'ambiente e la salute che comporta.

"La corrosione è un grave problema da molto tempo, " ha affermato Jacob Israelachvili, professore di ingegneria chimica dell'Università di Santa Barbara. In particolare in spazi ristretti, spazi sottili tra le parti della macchina, l'area di contatto tra ferramenta e piastra metallica, dietro le guarnizioni e sotto le guarnizioni, giunture dove due superfici si incontrano:l'osservazione ravvicinata di tale dissoluzione elettrochimica era stata una sfida enorme, Ha aggiunto.

Non più.

Utilizzando un dispositivo chiamato Surface Forces Apparatus (SFA) sviluppato da Israelachvili, lui e il suo team di ricerca hanno studiato il processo di corrosione interstiziale e per vaiolatura e sono stati in grado di ottenere uno sguardo in tempo reale sul processo di corrosione su superfici confinate. Condotto con lo studente laureato Howard Dobbs e lo scienziato del progetto Kai Kristiansen dell'UCSB, e colleghi del Max-Planck-Institut für Eisenforschung di Düsseldorf, lo studio è pubblicato su Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .

"Con la SFA, possiamo determinare con precisione lo spessore del nostro film metallico di interesse e seguirne lo sviluppo nel tempo con il procedere della corrosione, " ha detto Kristiansen. La configurazione dei ricercatori ha anche permesso loro di avere il controllo della composizione salina della soluzione, e temperatura, così come il potenziale elettrico della superficie del nichel.

La corrosione interstiziale e per vaiolatura non è il tipo di ruggine superficiale diffusa che potresti vedere sugli scafi delle vecchie navi esposte all'oceano. Questi sono invece intensi, attacchi localizzati, dove il decadimento visibile può sembrare ingannevolmente minore. Infatti, le cose sembrano andare bene finché non falliscono catastroficamente:le macchine si rompono, fibbia ponti, malfunzionamento dei motori delle navi marittime, le otturazioni dentali cadono.

Per questo esperimento i ricercatori hanno studiato un film di nichel contro una superficie di mica. Si sono concentrati sull'inizio della corrosione, il punto in cui la superficie metallica inizia a dissolversi. Hanno osservato che la degradazione del materiale non si è verificata in modo omogeneo. Piuttosto, alcune aree, luoghi in cui erano probabilmente presenti crepe su microscala e altri difetti superficiali, avrebbero subito un'intensa corrosione locale con conseguente comparsa improvvisa di fosse.

"È molto anisotropo, " Israelachvili ha detto, spiegando che anche all'interno delle fessure, cose diverse stanno accadendo vicino all'apertura rispetto al profondo della fessura. "Perché hai diffusione in corso, influenza la velocità con cui il metallo si dissolve sia dentro che fuori dalla fessura. È un processo molto complesso".

"Il primo passo nel processo di corrosione è solitamente molto importante, poiché questo ti dice che qualsiasi strato superficiale protettivo si è rotto e che il materiale sottostante è esposto alla soluzione, " ha detto Dobbs. Da lì, secondo i ricercatori, la corrosione si diffonde dalle fosse e spesso lo fa rapidamente, perché il materiale sottostante non è così resistente al fluido corrosivo.

"Uno degli aspetti più importanti della nostra scoperta è il significato della differenza di potenziale elettrico tra il film di interesse e la superficie di contatto nell'iniziare la corrosione, " ha aggiunto Kristiansen. Quando la differenza di potenziale elettrico raggiunge un certo valore critico, più è probabile che inizi la corrosione e più rapidamente si diffonderà. In questo caso, il film di nichel ha subito corrosione mentre la mica chimicamente più inerte è rimasta intera.

"Abbiamo già visto questo effetto interessante con altri materiali metallici e non metallici, " Disse Dobbs. "Abbiamo alcuni pezzi del puzzle, ma stiamo ancora cercando di svelare l'intero meccanismo di questo fenomeno".

Questa ricerca in tempo reale, i meccanismi di corrosione su micro e nanoscala forniscono preziose informazioni su cui gli scienziati possono basarsi, che possono portare a modelli e previsioni di come e quando è probabile che i materiali in spazi confinati si corrodano.

"Fondamentalmente si tratta di prolungare la vita dei metalli e dei dispositivi, " ha detto Israelachvili. Soprattutto in questi giorni in cui i dispositivi possono essere molto piccoli, e puoi anche metterli nel corpo, Ha aggiunto, capire come proteggere adeguatamente le superfici soggette a corrosione ridurrà la necessità di sostituirle a causa di danni.

Al contrario, anche capire come accelerare la dissoluzione dove sarebbe opportuno sarebbe vantaggioso, come con quelli non tradizionali (ad es. alluminosilica) cementi che producono meno anidride carbonica.

"Un passo importante nella formazione del cemento è la dissoluzione degli ingredienti principali del cemento, silice e allumina, che è molto lento e richiede condizioni altamente caustiche non sicure per l'uso nella produzione su larga scala, " Dobbs ha detto. "Migliorare il tasso di dissoluzione evitando la necessità di pericolosi, soluzioni caustiche eliminerebbero una barriera tecnologica nell'implementazione di cementi non tradizionali".