科学家对金属钝化膜击破机制研究取得进展
2018-10-09 10:14:03 星期二 来源: 新华网
关注新华网
微博
Qzone
评论
图集

  新华网沈阳10月9日电(记者王莹)钝性金属材料所具有的优良的抗腐蚀能力源于其表面形成的厚度只有几个纳米的钝化膜,然而,金属点蚀往往难以避免并具有极大的危害性。点蚀的发生起始于钝化膜的局部破损,阐释氯离子击破钝化膜的机制是材料科学中亟待解决的基本科学问题之一。中科院金属研究所科学家在原子尺度下直接获得金属表面超薄钝化膜的剖面显微图像,揭示了氯离子击破钝化膜的作用机制。英国《自然通讯》(Nature Communications)在线发表了这项研究成果。美国《科学》(Science)周刊9月在相关专栏对该成果进行了推介,认为“利用透射电子显微技术对氯离子传输的直接观测加深了对金属腐蚀过程的理解”。

  据介绍,金属点蚀发生于材料表面,向材料表面以下的纵深方向迅速扩展。因此,点蚀破坏具有极大的隐蔽性和突发性,特别是在石油、化工、核电等领域,点蚀容易造成金属管壁穿孔,使大量油、气泄漏,甚至造成火灾、爆炸等灾难性事故。

  研究点蚀如何发生是材料科学与工程领域中的经典问题之一。由于钝化膜非常薄(3—5纳米),探究氯离子导致的结构演变极为困难。自二十世纪六十年代至今,材料科学家利用多种实验手段研究氯离子击破钝化膜的机制,提出了多种模型和假说,但尚无定论。其争论的核心问题是氯离子在钝化膜中的存在位置及作用方式。

  中国科学院金属研究所固体原子像研究部马秀良研究员、张波副研究员和王静博士等人组成的介质条件下材料电子显微学研究小组,长期致力于材料基础科学问题的电子显微学研究。他们利用电子显微技术证实,钝化膜由极其微小的具有尖晶石结构的纳米晶和非晶组成,氯离子可以沿着纳米晶和非晶之间的“晶界”并以贯穿通道的方式传输至钝化膜与金属之间的界面处,并通过在界面附近的一系列作用导致钝化膜发生破裂。这一研究成果为揭示氯离子与金属钝化膜的交互作用机制提供了直接的实验证据,为修正和完善数十年来基于模型和假说所建立起来的钝化膜击破理论提供了原子尺度的信息。

  该项研究得到了国家自然科学基金、中国科学院前沿科学重点研究项目以及金属所创新基金重点项目等资助。

+1
【纠错】 责任编辑: 刘舒
辽宁新闻
010070220010000000000000011114611123532481