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(noticias nanowerk) Los investigadores están utilizando nuevas técnicas experimentales, como el procesamiento y extrusión asistidos por cizallamiento (ShAPE™) y la soldadura por fricción y agitación para producir componentes metálicos que son más livianos, resistentes y precisos que nunca. Sin embargo, a medida que avanzamos hacia estas nuevas fronteras del trabajo de metales, es fundamental comprender el rendimiento y las propiedades de los metales resultantes y los enlaces entre ellos. La corrosión, un proceso por el cual los metales se descomponen, puede causar problemas graves con el tiempo. Sin embargo, hasta ahora ha sido difícil visualizar y explicar con precisión cómo progresa la corrosión a través de un metal o una unión entre dos metales.
Ahora, investigadores del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico (PNNL) han desarrollado una nueva técnica para observar en alta resolución cómo y por qué se produce la corrosión.
Esta investigación se llevó a cabo en agosto de 2023 (“Investigación de la corrosión electroquímica en la interfaz de unión de aleación de Mg-acero mediante microscopía de impedancia de celda de rejilla electroquímica (SECCIM)”) y octubre de 2023 (“Investigación de la corrosión utilizando un sistema multimodal in situ simple y versátil). sistema de medición de corrosión” ) resaltado. ) Preguntas de Informes científicos y en la edición de julio de 2022 de El diario de la química física (“Comprensión de la corrosión localizada en superficies metálicas mediante microscopía de impedancia de celda electroquímica de barrido (SECCIM)”).
![Monitoreo de corrosión](https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/id64890_1.jpg)
El problema del cook-and-look y otros métodos
«Uno de los mayores desafíos a la hora de medir la corrosión es que se trata en gran medida de un proceso de cocción y observación», explica Vineet Joshi, científico de materiales del PNNL. «Normalmente, los investigadores toman una muestra, la sumergen en el medio elegido y, después de un cierto período de tiempo, observan la corrosión, pero sólo después de que ya se ha producido. Luego generan numerosas hipótesis para explicar la corrosión».
Este método tiene importantes desventajas. Medir en sólo unos pocos intervalos de tiempo deja a los investigadores especulando sobre cómo comenzó la corrosión y cómo se movió a través del metal, y retirar y reinsertar repetidamente la muestra puede producir resultados distorsionados.
En otros métodos, como la tecnología de electrodos de vibración de barrido o la microscopía de celda de barrido electroquímico, la muestra se sumerge y luego se miden las propiedades electroquímicas dentro de la muestra utilizando electricidad. Sin embargo, las anomalías de la superficie y otras irregularidades pueden afectar los resultados.
Análisis de corrosión multimodal.
En PNNL, los investigadores que trabajaban para comprender los resultados de procesos como la soldadura por fricción y agitación y ShAPE sabían que necesitaban desarrollar un mejor enfoque para monitorear la corrosión.
«Específicamente queríamos alejarnos del método de cocinar y observar y, en su lugar, observar los desencadenantes de corrosión específicos para observar la corrosión en tiempo real», dijo Joshi. «Para abordar este problema, desarrollamos un novedoso sistema de análisis a macroescala llamado análisis de corrosión multimodal».
Mediante análisis de corrosión multimodal, los investigadores utilizan sensores, cámaras, electrodos y un tubo de recolección de hidrógeno para observar el progreso de la corrosión en atmósferas simples; comprender la naturaleza de las superficies mediante técnicas electroquímicas; y para obtener imágenes y recolectar gases de hidrógeno, que son un subproducto de la corrosión.
«Al combinar datos de estas modalidades simples y diversas en tiempo real, podemos responder preguntas fundamentales sobre cómo se forma y propaga la corrosión en los materiales», explicó Sridhar Niverty, científico de materiales del PNNL. «El aspecto de imágenes correlativas también nos informa adónde ir». Continúe examinando nuestros materiales para descubrir por qué se corroen. La combinación sinérgica de estas técnicas proporciona mucha más información sobre el rendimiento de un material de lo que era posible anteriormente.
Mirar las cosas desde una perspectiva a escala macro le dio al equipo conocimientos únicos; Sin embargo, el proceso de corrosión se produce a una escala mucho más fina.
![Ejemplos de cómo se puede utilizar la microscopía de impedancia de celda de rejilla electroquímica para visualizar la corrosión a lo largo del tiempo con detalle preciso](https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/id64890_2.gif)
Microscopía de impedancia celular electroquímica de barrido.
Para analizar la corrosión con mayor precisión, los científicos del PNNL han desarrollado una nueva técnica llamada microscopía de impedancia de celda electroquímica de barrido, que proporciona resultados mucho más fiables y de alta resolución.
«En esta técnica, tenemos todo lo que necesitamos para iniciar la corrosión en un tubo muy pequeño (o capilar estirado), incluido el electrolito, la referencia y el electrodo de recolección de corriente», dijo Venkateshkumar Prabhakaran, ingeniero químico de PNNL. “Al colocar la pequeña abertura de este capilar en la superficie, medimos propiedades electroquímicas localizadas y dependientes del tiempo sin interferencias de las regiones vecinas. Esto nos ayuda a capturar puntos débiles y fuertes en la superficie que son susceptibles a la corrosión, que de otro modo se perderían en mediciones a gran escala, y a formular estrategias correctivas apropiadas”.
Este nuevo enfoque se basa en una técnica anterior llamada microscopía celular electroquímica de barrido, que se desarrolló hace varios años. El equipo de PNNL desarrolló aún más esta técnica utilizando espectroscopia de impedancia electroquímica para medir la impedancia de baja frecuencia, que se correlaciona con la resistencia del metal y permite la observación microscópica de los cambios de resistencia a lo largo del tiempo.
«Agregar espectroscopia de impedancia a la técnica ha sido invaluable para comprender cómo cambia una superficie en un compuesto (o aleación) de metal al correlacionar las resistencias medidas con las propiedades físicas del metal», dijo Lyndi Strange, química del PNNL. “Validamos nuestro método comparando las respuestas de impedancia masiva con las respuestas medidas con la nueva técnica. Esto muestra cómo ahora podemos aislar eventos de corrosión específicos en la superficie”.
Aplicaciones para agitación por fricción y más
Este tipo de granularidad ofrece muchas ventajas en la práctica, especialmente en PNNL, donde los investigadores están trabajando arduamente para producir y probar materiales y compuestos livianos para aplicaciones automotrices utilizando métodos novedosos como ShAPE y soldadura por fricción y agitación.
«Debido a sus capacidades únicas, la nueva técnica se utiliza para capturar reacciones electroquímicas de diversas características microestructurales: granos, límites de granos, interfaces, segundas fases, precipitados, etc.», explicó Rajib Kalsar, científico de materiales del PNNL. «Alcanzar propiedades electroquímicas individuales a nivel microscópico es beneficioso para el desarrollo de materiales estructurales altamente resistentes a la corrosión».
El proceso de agitación por fricción, por ejemplo, utiliza un pequeño dispositivo de corte para unir materiales con puntos de fusión drásticamente diferentes sin necesidad de sujetadores. Pero los investigadores necesitaban comprender cómo este nuevo método de unión afectaba a la corrosión en la interfaz entre los dos metales; en un caso, una unión por fricción entre magnesio y acero, que es una unión crucial para la producción de vehículos ligeros.
«Al utilizar la tecnología de fricción-agitación para las juntas, observamos una tasa de corrosión ligeramente menor», dijo Joshi. “La disminución de las tasas de corrosión se puede atribuir a la creación de rutas específicas de alta resistencia en la interfaz durante el procesamiento. Estas vías condujeron a una reducción en la velocidad de corrosión del magnesio”.
«Ahora utilizamos nuestra nueva tecnología tanto en la izquierda como en la derecha», añadió. «Si comprende muy bien estas interfaces para la corrosión, puede comenzar a diseñar con precisión en lugar de diseñar un componente en exceso o en defecto».
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