Ученые объяснили замедление высокотемпературной коррозии при сжатии

M. Yue et al./ Journal of Applied Physics, 2018
Ученые разработали теоретическую модель, которая связывает скорость высокотемпературной коррозии материалов с возникающим внутри них механическим напряжением. Предсказания модели хорошо согласуются с экспериментальными данными и, в частности, объясняют замедление процессов окисления при сжатии материала, говорится в статье, опубликованной в Journal of Applied Physics.
Во многих конструкционных материалах, работающих при высоких температурах, окисление поверхности сопровождается механическими нагрузками, приводящими к деформации. Из-за взаимного влияния два этих эффекта могут как ускорять, так и замедлять разрушение поверхности разных материалов, как на основе металлических сплавов, так, например, на базе углеродных композитов. При этом важную роль играет не только внешняя нагрузка, но и внутреннее напряжение, возникающее в материале за счет непрерывного образования на поверхности оксидной пленки.
Материаловеды из Китая и Германии под руководством Сюэ Фэна (Xue Feng) из Университета Цинхуа создали теоретическую модель, которая связывает процессы окисления с механическим напряжением и объясняет динамику высокотемпературной коррозии материала. Ученые представили коррозию как трехстадийный процесс, который происходит за счет адсорбции кислорода на поверхность и последующей диффузии вглубь материала. В модели материал представляет собой однородное вещество, покрытое тонкой однородной оксидной пленкой, на поверхность которой постоянно осаждаются молекулы кислорода.
Кроме того, за счет постоянного окисления происходит непрерывное увеличение толщины пленки. В результате меняющаяся толщина пленки и внутреннее напряжение приводят к деформации материала и изменению скорости процесса коррозии. Поскольку диффузия и химические реакции зависят от температуры, то особенно заметным эффект взаимного влияния окисления и механического напряжения становится при высоких температурах.
Ученые отмечают, что полученные ими результаты можно будет использовать, в частности, для улучшения работы мироэлектромеханических устройств, для которых процесс окислительной коррозии при высоких температурах часто оказывается критически важным из-за большой удельной площади поверхности.
Процесс окислительной коррозии иногда предлагают использовать и в полезных целях. Например, использование процесса окисления меди в растворе перекиси помогло ученым создать каталитические микроракеты с отложенным пуском.
Александр Дубов