Lo que afecta a casi todo lo que está hecho de metal, desde automóviles hasta barcos, tuberías subterráneas e incluso empastes en los dientes? Corrosión:un proceso lento de descomposición. A un costo global de billones de dólares anuales, tiene un precio elevado, por no mencionar, la seguridad potencial, los peligros para el medio ambiente y la salud que plantea.

"La corrosión ha sido un problema importante durante mucho tiempo, ", dijo Jacob Israelachvili, profesor de ingeniería química de la Universidad de California en Santa Bárbara. el área de contacto entre el hardware y la placa de metal, detrás de los sellos y debajo de las juntas, costuras donde se unen dos superficies:la observación de cerca de tal disolución electroquímica había sido un desafío enorme, añadió.

Ya no.

Usando un dispositivo llamado Surface Forces Apparatus (SFA) desarrollado por Israelachvili, él y su equipo de investigación investigaron el proceso de corrosión por grietas y picaduras y pudieron obtener una visión en tiempo real del proceso de corrosión en superficies confinadas. Realizado con el estudiante graduado Howard Dobbs y el científico del proyecto Kai Kristiansen de UCSB, y colegas del Max-Planck-Institut für Eisenforschung en Düsseldorf, el estudio se publica en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias .

"Con la SFA, podemos determinar con precisión el grosor de nuestra película metálica de interés y seguir el desarrollo a lo largo del tiempo a medida que avanza la corrosión, ", Dijo Kristiansen. La configuración de los investigadores también les permitió tener el control de la composición de sal de la solución, y temperatura, así como el potencial eléctrico de la superficie del níquel.

La corrosión por grietas y picaduras no es el tipo de oxidación superficial generalizada que puede ver en los cascos de los barcos viejos expuestos al océano. Estos son en cambio intensos, ataques localizados, donde la descomposición visible puede parecer engañosamente menor. De hecho, las cosas parecen estar bien hasta que fallan catastróficamente:las máquinas se rompen, puentes hebilla, mal funcionamiento de los motores de los barcos de navegación, los empastes dentales se caen.

Para este experimento, los investigadores estudiaron una película de níquel contra una superficie de mica. Se centraron en el inicio de la corrosión, el punto en el que la superficie del metal comienza a disolverse. Observaron que la degradación del material no se produjo de forma homogénea. Bastante, ciertas áreas (lugares donde es probable que haya grietas a microescala y otros defectos superficiales) experimentarían una intensa corrosión local que provocaría la aparición repentina de picaduras.

"Es muy anisotrópico, "Israelachvili dijo, explicando que incluso dentro de las grietas, diferentes cosas están sucediendo cerca de la abertura en comparación con lo profundo de la grieta. "Porque tienes difusión, afecta la velocidad a la que el metal se disuelve tanto dentro como fuera de la hendidura. Es un proceso muy complejo ".

"El primer paso en el proceso de corrosión suele ser muy importante, ya que eso le dice que cualquier capa protectora de la superficie se ha roto y que el material subyacente está expuesto a la solución, "Dijo Dobbs. A partir de ahí, según los investigadores, la corrosión se propaga desde los pozos y, a menudo, lo hace rápidamente, porque el material subyacente no es tan resistente al fluido corrosivo.

"Uno de los aspectos más importantes de nuestro hallazgo es la importancia de la diferencia de potencial eléctrico entre la película de interés y la superficie adyacente al iniciar la corrosión, ", Agregó Kristiansen. Cuando la diferencia de potencial eléctrico alcanza un cierto valor crítico, Cuanto más probable sea que comience la corrosión y más rápido se propagará. En este caso, la película de níquel experimentó corrosión mientras que la mica, más químicamente inerte, permaneció entera.

"Hemos visto este efecto interesante antes con otros materiales metálicos y no metálicos, ", Dijo Dobbs." Tenemos algunas piezas del rompecabezas, pero todavía estamos tratando de desentrañar el mecanismo completo de este fenómeno ".

Esta investigación en tiempo real, Los mecanismos de corrosión a micro y nanoescala proporcionan información valiosa sobre la que los científicos pueden basarse, lo que puede conducir a modelos y predicciones de cómo y cuándo es probable que los materiales en espacios confinados se corroan.

"Básicamente, se trata de prolongar la vida útil de los metales y los dispositivos, ", Dijo Israelachvili. Especialmente en estos días donde los dispositivos pueden ser muy pequeños, e incluso puedes ponerlos en el cuerpo, él agregó, comprender cómo proteger adecuadamente las superficies propensas a la corrosión reducirá la necesidad de reemplazarlas debido a daños.

En cambio, también sería beneficioso comprender cómo acelerar la disolución donde sería apropiado, como con no tradicional (p. ej., aluminosilica) cementos que producen menos dióxido de carbono.

"Un paso importante en la formación del cemento es la disolución de los principales ingredientes del cemento, sílice y alúmina, que es muy lento y requiere condiciones altamente cáusticas inseguras para su uso en producción a gran escala, ", Dijo Dobbs." Mejorar la velocidad de disolución y evitar la necesidad de las soluciones cáusticas eliminarían una barrera tecnológica en la implementación de cementos no tradicionales ".