看看自我愈合的金属氧化物作为防腐法

金属是人类已知的最耐用且多功能的材料之一。几个世纪以来，不同的金属和合金已被用于许多行业的广泛应用，包括汽车，生物医学，军事，电子产品和石油和天然气产业。他们的受欢迎程度主要归因于他们能够承受高温和压力等苛刻条件的能力。

尽管有许多理想的性质，但它们对腐蚀的易感性仍然是一个重要的问题。这种腐蚀可以大大恶化金属，导致厚度损失，减少负载承载力，开裂和结构失效。（有关这些主题的更多信息，请阅读为什么理解压力集中因子（KT）在评估金属结构的腐蚀时是重要的。）

然而，马萨诸塞术学院（麻省理工学院）的研究人员已经发现，当施加足够薄的层时，某些金属氧化物具有具有优异的级别的独特性质耐腐蚀性能与其他氧化物相比。这些特殊的氧化物已被称为自愈金属氧化物。

自我愈合金属氧化物如何工作？

为了欣赏自愈的金属氧化物工作，首先理解金属是必要的氧化过程以及它如何与耐腐蚀性相连。

大多数金属除了金子外，当暴露于水分和氧气时，经历了称为电化学的电化学反应氧化。这个过程导致了一个氧化物层形成和覆盖金属表面。在钢中，该氧化物层是水合铁（III）氧化物，通常称为锈。在许多金属中，氧化物层是脆性并容易剥落，从而将更多金属暴露于空气和水分以产生更多锈蚀。这种连续循环逐渐消耗并劣化金属。

然而，在特定金属中，该氧化物层耐用并且紧密地粘附到表面上，从而形成保护屏障。这种保护屏障用作阻挡空气和水分的侵入的屏蔽，从而防止进一步腐蚀。已知三种提供屏障保护的金属氧化物是氧化铝，氧化铬和二氧化硅。这些氧化物通常用作几种抗腐蚀涂料和涂层中的初级化合物。

虽然众所周度地接受了这些氧化物提供了卓越的耐腐蚀性，但直到麻省理工学院科学家使用高度专业化的仪器观察到这些自愈氧化物的行为完全理解，特别是当由于压力而受到应力时。

MIT团队使用称为环境传输电子显微镜（E-TEM）的透射电子显微镜（TEM）的改进版本。该装置允许团队在存在气体或液体存在下观察试样，而不是需要真空条件的常规试验方法。使用E-TEM，研究人员能够模拟促进的条件压力腐蚀裂缝并测试这些氧化物如何保护金属基板在机械应力下暴露于氧气。

在大多数情况下，由于存在压力的存在，金属表面的偏转会导致在保护层中形成裂缝。结果，氧气渗透氧化物屏障，并与裸金属基材接触以引起进一步的腐蚀。使用E-TEM的微观水平分辨率的麻省理工学院研究人员确定了众所周知的涂料，氧化铝，可以解决传统的缺点保护涂料。发现，在约2至3纳米的薄层中厚，氧化铝尽管是固体，可以表现出液体状的流动行为。

该属性允许氧化铝层随着金属在压力下变形而伸长，保持金属基板覆盖并防止氧的侵入。发现这种薄氧化物涂层由没有谷物边界并且可以在长达两倍的长度而不形成任何裂缝，即使在拉伸的应变下也是如此。这与氧化铝的较厚应用相反，这已知已知由于其引起的压力碎片脆自然。

用于自我愈合氧化物的应用

自我愈合的金属氧化物，如氧化铝，可以帮助防止在应用中的应用中的腐蚀形变金属表面会导致脆性金属氧化物裂纹，使基材易受腐蚀攻击。在适当的层中，氧化铝延伸以填充它们的形式填充间隙和裂缝。这尤其有用反应堆船只，结构的墙壁不断暴露于过热蒸汽并且来自内部压力的压力。

由于氧化铝的薄层不容易破裂并且不具有任何晶界，因此它们也可用于防止分子通过金属的扩散，例如将在燃料 - 细胞动力汽车或放射性氚中发生氢气或放射性氚发生。核电站的核心。此应用程序可以创建更安全的工作环境，因为这种泄漏可以为植物运营商和消费者带来危险的条件。此外，通过减少经常更换昂贵的机械和设备的需要，自我愈合的氧化铝可以提高植物操作的成本效率。

然而，自愈合氧化铝必须施加在足够薄的层中以达到该液体/韧性行为。较厚的层，虽然对其他类型的腐蚀有效，但由于应力腐蚀开裂而变形时，可以是脆性和裂缝。（通常讨论金属涂层金属涂层如何保护金属免受腐蚀。）

结论

除典型的金属氧化物外，自愈合金属氧化物的设施是它们表现出流体状流动性质的能力。与许多金属氧化物的脆性行为相反，自愈合氧化物与涂覆的金属一起伸展或细长，保持金属基材覆盖而不开发任何裂缝。这使得在金属部件容易受到影响的应用中特别有用晶体腐蚀和压力腐蚀开裂。