تعاني المعادن المعرضة للهواء للأكسدة، أو مايعرف بتآكل المعدن metal corrosion، وتعتبر هذه الظاهرة سيئة خصوصاً عند استعمال المعادن في الأبنية واللانشاءات الكبيرة، حيث يسبب تآكل المعادن، خسارة بحوالي 75 مليار يورو من الناتج الاقتصادي السنوي في ألمانيا وحدها، ويستخدم عادة لحماية المعادن أنواع خاصة من الأطلية السطحية أو عمليات تغيير التركيب السطحي للمعدن أو الخلائط المعدنية، ودمج الطريقتان الأخيرتان هما خلاصة بحث جديد في علم الحماية من التآكل.الجو الرطب (هواء + بخار الماء) عدو كل معدن، عدا الذهب أو أي معدن ثمين. لكن يكون الاوكسيجين سعيد جدا لأن يرتبط بالمعادن غير الثمينة.تساعد الرطوبة في بحث الاوكسيجين على شريك، وتكون المحاليل الملحية هي الشريك الأفضل.عند بداية حدوث التآكل، يتشكل على سطح بعض المعادن طبقة اوكسيدية كما يحدث في الزنك والكروم، والتي تمنع من امتداد التآكل للداخل بحيث تمنع الأوكسجين من تكملة الهجوم إلى الطبقات الداخلية. في حال لم تتشكل طبقات واقية، يستمر تآكل المعدن، مما ينتج عنه سطح معدني مسامي وهش، مما يؤدي لانهيار الهيكل الأساسي كما في حالة السيارات و السفن.قام فريق عالمي باشراف علماء من معهد ماكس بلانك Max Planck Institue/ألمانيا، بتحليل الفولاذ عديم الشكل amorphous steel الحاوي على الحديد، الكروم، الموليبدن، البور والكربون. اكتشفوا أن بنية المواد الأكثر انتظاما هي الأكثر قابلية لأن تتآكل. إذا لم تتوزع عناصر الخليطة المعدنية ضمن بنية بلورية منتظمة، وتم توزيعها بشكل عشوائي، عندها سيتم حماية السطح من التآكل.يقول فرانك رينر Frank Renner من معهد ماكس بلانك: “يطرح اكتشافنا لماذا لبعض المواد عرضة للتآكل على الرغم من أنها تملك نفس تركيب الفولاذ غير القابل للصدأ”.تملك هذه المواد العديد من المكونات، لا يعتمد مدى مقاومتها للتآكل على تكوينها فقط، لكن أيضاً كيف تم تشكيل المادة ودرجة الحرارة التي تتعرض لها أثناء العمل.
نموذج للانتقال مابين الحالة العشوائية و الحالة المنتظمة
قام باحثو معهد ماكس بلانك و لأول مرة باكتشاف كيف يمكن لبنى الخلائط المعدنية ذات الصيغة الكيميائية Fe50Cr15Mo14C15B6 وعلى المستوى الميكروئي والنانوي أن تؤثر على آلية حدوث التآكل.
هذه الخليطة هي من عائلة الفولاذ عديم الشكل، والمستخدمة في كطلاء لمنع التآكل الاحتكاكي. تكون العناصر المشكلة لها متوضعة بشكل غير منتظم. كون هذه الخليطة مشابهة للفولاذ الحاوي على الكروم-الموليبدن، فالنتائج الحالية تفيد أيضاً في تحسين الخلائط المستخدمة حالياً. يوجد في الخليطة التي يقوم العلماء بدراستها زيادة في الكربون من الفولاذ العادي، ومحتوى مرتفع من البور وبشكل أكبر من فرن تعدين الحديد، وهذه القيم مطلوبة لتشكيل الفولاذ عديم الشكل.إنّ الشكل غير المنتظم للخليطة هي نقطة البداية لسلسلة من القياسات التي توصل إلى الحالة البلورية، وبين الحاليتين هناك عدة حالات وسطية. يعتمد مدى تبلور الخليطة على درجة الحرارة التي يحمص بها العلماء الخليطة: تبقى المادة عديمة الشكل حتى درجة 550 مئوي، بينما تصبح بلورية بشكل تام عند 880 مئوي، ورصدت حالتان وسطيتان عند 620 و670 درجة مئوية.استخدم العلماء مسبار المسح السطحي الذري atom probe tomohraphy لكشف البنى النانوية للأصناف الفولاذية المتشكلة، وقد ساعد ذلك العلماء في معرفة كيفية إعادة توزيع الذرات عند رفع درجة الحرارة. لاحظت جاسمين دورات Jazmin Duarte المشاركة في البحث أن المادة عند درجة حرارة 620 كانت غير منتظمة بشكل كبير: “تشكلت مناطق مختلفة، في كل منطقة منها تتركز المعادن. لكن يمكن أيضا رؤية المناطق البلورية. في المقابل عند الوصول عند درجة 800 مئوي أصبحت المادة بلورية بشكل تام، حيث تمتد المناطق البلورية حتى 50 نانومتر فقط”.
قام بعدها العلماء بتجربة مدى تآكل الخليطة المعدنية، قاموا بوضع الخليطة ضمن محلول كهرليتي (يحوي ملح) وطبقوا فرق في الكمون في المحلول، وكانت النتيجة مذهلة: المناطق الأكثر عشوائية على سطح الخليطة هي أكثر المناطق مقاومة للتآكل.
ضمن الشروط العادية، يكون تآكل الكروم ضعيفا بسبب تشكل طبقة أوكسيدية رقيقة على سطحه. يحدث نفس الشيء على سطح الخليطة غير المنتظمة المعدنية، بينما لا يحدث ذلك على سطح الخليطة المتبلورة
ا
الطالبة وجدان عيد
