علوم القطيف مقالات علمية في شتى المجالات العلمية
وجد باحثون في جامعة ولاية أريزونا الأمريكية أن السبائك ، رغم قوتها ، يمكن أن تنكسر بسبب الإجهاد والتآكل في البيئات الكيميائية القاسية.
السبائك – وهي المعادن التي تجمع بين عنصرين أو أكثر من العناصر المعدنية – عادة ما تكون أقوى وأقل عرضة للتشقق من المعادن النقية. ومع ذلك ، عندما تتعرض هذه السبائك للضغط والبيئة الكيميائية القاسية ، يمكن أن تفشل وتتحلل.
والسبب؟ هو الشقوق الناجمة عن التآكل. يُعتقد عمومًا أن الشقوق تنتشر ببطء عن طريق الأثر المتوازي والمتزامن للضغط والتآكل ، وأن هذه الشقوق لا تتعدى المنطقة المتآكلة.
وجد الباحثون في جامعة ولاية أريزونا (ASU) أن الشقوق تنبثق بسرعة أكبر مما كانوا يعتقدون. وهذا يعني أن الإجهاد يمكن أن يصنع شقًا بعيدًا في المنطقة غير المتآكلة. درس الفريق شكلاً من أشكال التآكل يسمى تكسير الإجهاد بين الخلايا الحبيبية (IGSCC). بسبب الظروف البيئية ، هذا النوع من التآكل يؤدي إلى انتشار الشقوق في السبائك. وبالتالي يؤدي إلى تدهور المواد المستخدمة في الجسور والطائرات ومحطات توليد الطاقة. يُظهر البحث أن البنية التي تتشكل عندما تلتقي حبيبات صغيرة من معدنين في سبيكة يمكن أن تؤدي إلى تشققات في منطقة لم تتأثر سابقًا بالتآكل. هذه المعلومة ضرورية جدا لتصميم سبائك جديدة تمنع الفشل الناجم عن تآكل الإجهاد وتسمح لتقدير أفضل لعمر السبائك الموجودة في الخدمة.
يعتقد علماء جامعة ولاية أريزونا بالولايات المتحدة أن تكسير الإجهاد بين الخلايا الحبيبية IGSCC يتطلب وجود التآكل وإجهاد الشد في آن واحد. علما أن التجربة عجزت عن تأييد هذا المطلب ولم يثبت بشكل قاطع أن الإجهاد والتآكل في آن واحد يساعد على تكسير الإجهاد بين الخلايا الحبيبية.
فحص الفريق سلوك سبائك الفضة والذهب المختبرية والتي تحاكي سلوك التآكل للسبائك الهندسية المهمة ، مثل سبائك الفولاذ المقاوم للصدأ وسبائك النيكل المستخدمة في محطات الطاقة النووية.
يؤدي التآكل في هذه السبائك الهندسية ، كما هو الحال في سبائك الفضة والذهب المختبرية إلى ثقوب بحجم النانومتر داخل الطبقة المتآكلة.
العامل الرئيسي الذي يحدد حدوث IGSCC السريع هو الإلتصاق بين الطبقة المتآكلة وباقي السبيكة غير المتآكلة. لدراسة السبائك ، استخدم الفريق تقنيات المقياس الذري والخصائص الإحصائية. وحددوا الشرط الواضح والجلي للوجود المتزامن للإجهاد والتآكل الموجود بسبب التغيرات المورفولوجية المعتمدة على الوقت والتي تؤثر على الإلتصاق.
ومهما تم الحفاظ على الإلتصاق بين الطبقات ، فإن أي اختراق يبدأ بالطبقة المتآكلة قد يخترق السبائك غير المتآكلة. إذا انفصلت الطبقة المتآكلة بثقوب بحجم النانومتر عن السبائك الغير متآكلة ، ينخفض الضغط بهذه الطبقة وينمو الشق ببطء. هذا يعني أنه يمكن أن يكون هناك مكون ميكانيكي مهم للتصدع لا يمكن تحديده بأي قياس للتآكل. ويعني أيضًا أن الشقوق يمكن أن تتطور وتكبر بالإجهاد فقط بعد توقف التآكل.
والنتيجة هي أن قياس التآكل يمكن أن يقلل من معدل تكسير الإجهاد بالتآكل بعوامل مضاعفة قدرها 10 أضعاف أو أكثر. يُظهر البحث بوضوح أنه يمكن فصل دور الإجهاد عن دور التآكل ، ولكن لا شك في أن دورهما معا حتما يؤدي إلى تشقق المعادن وفشلها على الصمود.
كما توفر النتائج طريقًا إلى الأمام للحصول على فهم أكثر اكتمالا لـمصطلح تكسير الإجهاد بين الخلايا الحبيبية (IGSCC) للسبائك المستخدمة حاليًا. يوفر الفهم الجديد أيضًا أساسًا لتصميم مواد جديدة ذات خصائص محسنة للطاقة القاسية والبيئات الصناعية.
المجهر الإلكتروني لحقن الشقوق (التآكل يؤدي الى شقوق شديدة الصغر)