Tåliga metallmaterial rostar oväntat mycket

Byggnader, transportmedel, konstverk och musikinstrument – nästan överallt i samhället finns metalliska material. Det som begränsar deras livslängd är korrosion som innebär att ett material fräter sönder och löses upp genom en kemisk reaktion.

I en ny studie har ett forskarlag, som leds från Lunds universitet, studerat en legering av nickel, krom och molybden som är känd för att stå emot korrosion.

Genom elektrokemiska tester på synkrotronljusanläggningarna MAX IV i Lund och PETRA III i Hamburg kunde forskarna konstatera att legeringens korrosionsmotstånd var betydligt sämre än förväntat.

– Detta leder till problem för industrin som inte snabbt kan testa och jämföra olika material på ett korrekt sätt. Vi kan även bevisa att det inte bara är korrosionsreaktioner som sker under de accelererade elektrokemiska testerna utan även andra reaktioner som tidigare ignorerats, till exempel vattensplittring, säger forskaren Alfred Larsson vid Lunds universitet.

Flera tekniker kombinerades

Tack vare en kombination av fem experimentella tekniker baserade på synkrotronljuskällor kunde forskarna skapa en nära komplett bild av vad som sker vid ytan när materialet korroderar under accelererade tester.

Med denna förståelse kan industrin i fortsättningen utveckla nya protokoll för hur korrosionsmotstånd bör mätas. Detta kan i sin tur leda till att rätt bedömningar kan göras av vilket material som bör användas för olika användningsområden.

– Det är av yttersta vikt att vi lär oss mer om korrosionsprocessen. Den kostar samhället mycket pengar och kan dessutom leda till allvarliga olyckor, säger Alfred Larsson.

Forskaren Alfred Larsson utför experiment i partikelacceleratorn PETRA III i Hamburg. Bild: Jinshan Pan

Nya upptäckte om vattensplittring

Han lyfter också fram nya upptäckter kring så kallad vattensplittring som innebär att vattenmolekylerna splittras upp och bildar syrgas.

Studien visar att vattensplittring inte bara är en passiv reaktion som sker vid sidan om korrosionsreaktionerna utan att de är sammankopplade. Vattensplittring driver på och till och med triggar i gång korrosionsreaktioner.

Vattensplittring är även grunden till grön väteproduktion och mycket forskning pågår i världen för att hitta material som är aktiva och stabila under sådana förhållanden.  Metodiken i den nya studien har därför också stor potential att hjälpa till att förstå hur material i bränsleceller och elektrolysörer skapar grön vätgas.

– Studien kan på sikt leda till material med bättre motstånd mot korrosionsprocesser vilket sparar både pengar och naturens resurser och leder till ett mer hållbart samhälle, säger Alfred Larsson.

Kostnader kopplade till korrosionsskador uppgår varje år till cirka fyra procent av hela världens BNP och orsakar även stora koldioxidutsläpp.

Vetenskaplig studie:

The Oxygen Evolution Reaction Drives Passivity Breakdown for Ni-Cr-Mo Alloys, Advanced Materials.

Kontakt:

Alfred Larsson, doktorand vid fysiska institutionen vid Lunds universitet, alfred.larsson@sljus.lu.se