Nanodeeltjes in oxidehuid funest voor staalconstructies

De oxidelaag op het gemiddelde staaloppervlak bestaat niet uit puur oxide, maar uit een mengsel van oxide en metalen nanodeeltjes. En dat is de reden dat koolstof door de roestlaag heen kan dringen en het onderliggende staal kan verzwakken, zo schrijven onderzoekers van het Argonne National Laboratory (VS) in Nature Materials.

Door legeringen te gaan gebruiken die geen nanodeeltjes vormen, kan de Amerikaanse economie volgens hen vele miljarden besparen. De jaarlijkse schade door corrosie van staal is wel eens geraamd op vier procent van het bruto nationaal product, mede door het verlies van 137 biljard joule aan energie uit aangevreten ketels en industriële fornuizen.

Een oxidehuid is vooral belangrijk bij hogetemperatuurtoepasssingen. Hij ontstaat vanzelf, en het idee is altijd geweest dat hij van nature ondoordringbar is voor koolstof. Als er tóch corrosieschade optrad werd die meestal toegeschreven aan scheurtjes of barstjes in de laag.

Maar bij het Argonne-lab hebben ze nu de huid van de staalsoort Alloy 321 nog eens goed bekeken met ‘magnetic force microscopy’ en röntgenanalyse. Conclusie: er zitten nanodeeltjes van metallisch ijzer en nikkel in, die samen netwerken kunnen vormen. Koolstof kan prima door zo’n metaalrooster diffunderen. Als het netwerk toevallig een doorlopend pad vormt van de ene naar de andere kant van de oxidehuid, dan kan koolstof er ter plekke doorheen dringen en een corrosieputje in de onderliggende legering veroorzaken.

De onderzoekers denken dat de metaaldeeltjes worden gevormd door reductie van spinel ((Fe,Ni)Cr₂O₄) in het oxide, onder invloed van hete rookgassen. Ze hebben ook iets bedacht om die spinelvorming tegen te gaan, namelijk het ijzer uit de legering weglaten.

Momenteel worden op kleine schaal proeven gedaan met een nikkellegering die nog maar 0,7 procent ijzer bevat. Of de procesindustrie er echt veel mee kan, is even afwachten.

bron: Argonne National Laboratory