Forskare avslöjar brister i ”korrosionsresistent” metalliskt material
Korrosionsresistenta metalliska material behövs bland annat till raketmotorer, kärnkraftverk och kemiindustrin. Ofta används en legering av nickel, krom och molybden. Men en ny studie visar att denna legering rostar på ett sätt som tidigare inte varit känt.
Byggnader, transportmedel, konstverk och musikinstrument – nästan överallt i samhället stöter vi på metalliska material. Det som begränsar livslängden på dessa är korrosion som innebär att ett material fräter sönder och löses upp genom en kemisk reaktion. Kostnader kopplade till korrosionsskador uppgår varje år till cirka fyra procent av hela världens BNP, samt stora koldioxidutsläpp. I en ny studie som publiceras i den vetenskapliga tidskriften Advanced Materials har ett forskarlag, lett från Lund, studerat en legering av nickel, krom och molybden som är känd för sitt korrosionsmotstånd. Genom accelererade elektrokemiska tester på synkrotronljusanläggningarna MAX IV i Lund och PETRA III i Hamburg kunde forskarna konstatera att legeringens korrosionsmotstånd var betydligt sämre än förväntat.
– Detta leder till problem för industrin som inte snabbt kan testa och jämföra olika material på ett korrekt sätt. Vi kan även bevisa att det inte bara är korrosionsreaktioner som sker under de accelererade elektrokemiska testerna utan även andra reaktioner som tidigare ignorerats, till exempel vattensplittring, säger Alfred Larsson, fysikdoktorand vid Lunds universitet.
Tack vare en kombination av fem experimentella tekniker baserade på synkrotronljuskällor kunde forskarna skapa en nära komplett bild av vad som sker vid ytan när materialet korroderar under accelererade tester. Med denna förståelse kan industrin i fortsättningen utveckla nya protokoll för hur korrosionsmotstånd bör mätas. Detta kan i sin tur leda till att man kan göra rätt bedömning av vilket material som bör användas för olika applikationer.
– Det är av yttersta vikt att vi lär oss mer om korrosionsprocessen. Den kostar samhället mycket pengar och kan dessutom leda till allvarliga olyckor, säger Alfred Larsson.
Han lyfter också fram de nya upptäckterna kring så kallad vattensplittring som innebär att vattenmolekylerna splittras upp och bildar syrgas. Studien visar att vattensplittring inte bara är en passiv reaktion som sker vid sidan om korrosionsreaktionerna utan att de är sammankopplade och att vattensplittring driver på och till och med triggar i gång korrosionsreaktioner. Vattensplittring är även grunden till grön väteproduktion och det pågår mycket forskning i världen för att hitta material som är aktiva och stabila under sådana förhållanden. Så metodiken i den nya studien har också stor potential att hjälpa till att förstå hur material i bränsleceller och elektrolysörer skapar grön vätgas.
– Studien kan på sikt leda till material med bättre motstånd mot korrosionsprocesser vilket sparar både pengar och naturens resurser och leder till ett mer hållbart samhälle, säger Alfred Larsson.
Förutom Lunds universitet har MAX IV, KTH, Alleima, Malmö universitet, Swerim AB, DESY Photon Science, Deutsches Elektronen-Synchrotron Hamburg, Centre for X-ray and Nano Science Hamburg deltagit i arbetet.
Studien publiceras i tidskriften Advanced Materials: ”The Oxygen Evolution Reaction Drives Passivity Breakdown for Ni-Cr-Mo Alloys”
För mer information, kontakta:
Alfred Larsson, doktorand
Fysiska institutionen, Lunds universitet
076–1873596
alfred.larsson@sljus.lu.se