Un team di ricerca dell'Arizona State University ha rilasciato nuove informazioni sulla fessurazione da stress-corrosione intergranulare (SCC), una causa ambientale di cedimento prematuro nelle strutture ingegnerizzate, compresi i ponti, aeronautici e centrali nucleari.

La ricerca, Disaccoppiare il ruolo di stress e corrosione nella fessurazione intergranulare di leghe nobili, uscito oggi in Materiali della natura , affronta l'ipotesi che l'SCC intergranulare sia il risultato della presenza simultanea di una sollecitazione di trazione e corrosione, e dimostra che i ruoli di stress e corrosione possono essere disaccoppiati, o può agire in modo indipendente.

"La scoperta è il culmine di circa 30 anni di lavoro su questo tipo di problema di corrosione sotto sforzo, " ha affermato il ricercatore capo Karl Sieradzki, professore di scienza e ingegneria dei materiali all'ASU. "Ora abbiamo una visione di come possono essere progettate nuove leghe per evitare questa forma di cedimento indotto da corrosione da stress".

Quando i metalli sono esposti ad acqua contenente sali, la resistenza del metallo può essere gravemente compromessa e portare a guasti imprevisti. Un esempio di guasto dell'SCC è il gasdotto Kinder Morgan del 2003 a Tucson, AZ.

Il paradigma convenzionale per comprendere le condizioni SCC è la presenza simultanea di un livello sufficiente di sollecitazione di trazione, un ambiente corrosivo e un materiale suscettibile.

La ricerca sfida questo punto di vista e illustra che la presenza simultanea di stress e un ambiente corrosivo non è un requisito per SCC, e che può verificarsi se prima avviene la corrosione e successivamente il materiale viene sottoposto a sollecitazione.

Oltre a Sieradzki, gli autori del documento includono Nilesh Badwe, Xiying Chen, Erin Karasz, e Ariana Tse dell'ASU e Daniel Schreiber, Matteo Olszta, Nicole Overman e Stephen Bruemmer del Pacific Northwest National Laboratory. La ricerca è stata supportata dal Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti.

Il team ha esaminato il comportamento di un modello di laboratorio in lega argento-oro, che imita il comportamento alla corrosione di importanti leghe per ingegneria, come gli acciai inossidabili e le leghe a base di nichel utilizzati nelle centrali nucleari.

Corrosione in queste leghe per ingegneria, come nel modello in lega argento-oro, provoca la formazione di fori di dimensioni nanometriche all'interno dello strato corroso. Secondo Sieradzki, il parametro chiave che determina il verificarsi di SCC rapido è l'adesione tra lo strato corroso e la lega non corrosa. Utilizzando le tecniche su scala atomica della microscopia elettronica ad alta risoluzione e della tomografia con sonda atomica, insieme a caratterizzazioni statistiche, il team ha determinato che il requisito apparente per la presenza simultanea di stress e corrosione esiste a causa dei cambiamenti morfologici dipendenti dal tempo che influenzano l'adesione.

Fintanto che viene mantenuta un'adeguata adesione tra gli strati, una fessura che parte dallo strato corroso può penetrare nella lega non corrosa. Ciò significa che può esserci un componente meccanico significativo per la tensocorrosione che non può essere identificato da alcuna misurazione della corrosione. Il risultato è che una misurazione della corrosione può sottostimare il tasso di SCC per fattori moltiplicativi di 10 o più.

"Nelle centrali nucleari, La manutenzione dell'SCC e gli arresti degli impianti si basano su precedenti esperienze con reattori progettati in modo simile, " Ha spiegato Sieradzki. "Anche se non stiamo costruendo nuove centrali nucleari negli Stati Uniti, questi risultati dovrebbero innescare la ricerca di nuovi, leghe resistenti alla corrosione che possono essere utilizzate per parti di ricambio in impianti esistenti e in altre importanti applicazioni strutturali."