Il nichel è uno degli elementi più abbondanti sulla terra. È difficile, eppure malleabile, magnetico a temperatura ambiente, e un relativamente buon conduttore di elettricità e calore. Soprattutto, il nichel è altamente resistente alla corrosione, che prevede una varietà di usi da parte dell'industria.

Però, una sorprendente scoperta di un team di ricercatori della Texas A&M University ha scoperto che il nichel non solo si corrode, ma lo fa in un modo che gli scienziati meno si aspettavano.

Il team era guidato dal Dr. Michael Demkowicz, professore associato e direttore laureato presso il Dipartimento di Scienze e Ingegneria dei Materiali, e direttore del Center for Research Excellence on Dynamically Deformed Solids presso la Texas A&M University.

Il loro lavoro è stato pubblicato nell'American Physical Society's Materiali per la revisione fisica rivista in un articolo intitolato "Corrosione preferenziale dei confini gemelli coerenti in nichel puro sotto carica catodica".

Un'osservazione sorprendente

Come un puzzle finito, i materiali sono costituiti da pezzi ad incastro. microscopicamente, il nichel è costituito da aggregati di piccole, cristalli o grani ben confezionati.

La corrosione attacca preferenzialmente le articolazioni, o "confini, " tra questi grani. Questo fenomeno, nota come corrosione intergranulare, è un tipo di decadimento localizzato che si verifica a livello microscopico, mirando alla scomposizione dei materiali ai bordi di ciascuno di questi confini, piuttosto che sulla superficie esterna del materiale. Come tale, indebolisce il materiale dall'interno verso l'esterno.

Fino ad ora, gli scienziati pensavano che un tipo speciale di confine, noto come confine gemello coerente, era resistente alla corrosione. Sorprendentemente, il team ha scoperto che quasi tutta la corrosione nei loro esperimenti si è verificata proprio su questi confini.

I confini gemelli coerenti sono aree in cui il modello della struttura interna del materiale forma un'immagine speculare di se stesso lungo un confine condiviso. Si verificano quando le formazioni cristalline su entrambi i lati di un confine di un atomo si allineano senza disordine o disordine. Questi tipi di confini si verificano naturalmente durante la cristallizzazione, ma può anche essere il risultato di un'influenza meccanica o termica.

"Il nichel puro è per lo più resistente alla corrosione. Ma quando lo abbiamo caricato sul lato catodico (passivo e a energia più bassa), che ha ancora meno probabilità di corrodersi, Noi facemmo, sorprendentemente, vedere trincee di corrosione visibili su confini gemelli coerenti, " disse Mengying Liu, studente laureato presso il Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali presso il Texas A&M e primo autore dell'articolo. "Questa scoperta aiuterà gli ingegneri a prevedere dove è più probabile che inizi la corrosione. Potrebbe persino portare alla produzione di metalli che si corrodono meno".

Una migliore comprensione

La ricerca del team non solo fornisce agli ingegneri informazioni vitali sui materiali spesso utilizzati in situazioni che richiedono resistenza alla corrosione, ma offre anche una nuova prospettiva per quanto riguarda la corrosione intergranulare lungo confini gemelli coerenti.

Per anni, i ricercatori hanno operato partendo dal presupposto che i confini gemelli coerenti resistono alla corrosione. Hanno persino lavorato per creare metalli che hanno più di questi confini nel tentativo di ridurre la corrosione.

"Questa scoperta richiede decenni di ipotesi sulla corrosione dei metalli e le capovolge, " ha detto Demkowicz. "Nel tentativo di ridurre la corrosione, le persone hanno prodotto metalli che contengono il maggior numero possibile di confini gemelli coerenti. Ora l'intera strategia dovrà essere riconsiderata".

Demkowicz ritiene che l'intuizione scientifica fornita da questo studio possa essere ancora più importante delle sue applicazioni tecnologiche. "Si scopre che il ragionamento che in precedenza ci ha portato a credere che i confini gemelli coerenti siano resistenti alla corrosione è imperfetto, " ha detto. "Questo lavoro fornisce indizi su come migliorare la nostra comprensione fondamentale della corrosione dei metalli".