Une équipe de recherche de l'Arizona State University a publié de nouvelles informations sur la fissuration intergranulaire par corrosion sous contrainte (SCC), une cause environnementale de défaillance prématurée des ouvrages d'art, y compris les ponts, avions et centrales nucléaires.

La recherche, Découpler le rôle des contraintes et de la corrosion dans la fissuration intergranulaire des alliages nobles, publié aujourd'hui dans Matériaux naturels , aborde l'hypothèse selon laquelle le BAP intergranulaire est le résultat de la présence simultanée d'une contrainte de traction et de corrosion, et démontre que les rôles des contraintes et de la corrosion peuvent être découplés, ou peut agir indépendamment.

"Cette découverte est l'aboutissement d'environ 30 ans de travail sur ce type de problème de corrosion sous contrainte, " a déclaré le chercheur principal Karl Sieradzki, professeur de science et d'ingénierie des matériaux à l'ASU. « Nous avons maintenant une idée de la façon dont de nouveaux alliages peuvent être conçus pour éviter cette forme de défaillance induite par la corrosion sous contrainte. »

Lorsque les métaux sont exposés à de l'eau contenant des sels, la résistance du métal peut être gravement compromise et entraîner une défaillance inattendue. Un exemple d'échec du SCC est le pipeline d'essence Kinder Morgan de 2003 à Tucson, de A à Z.

Le paradigme conventionnel pour comprendre les conditions de SCC est la présence simultanée d'un niveau suffisant de contrainte de traction, un environnement corrosif et un matériau sensible.

La recherche remet en cause ce point de vue et illustre que la présence simultanée de stress et d'un environnement corrosif n'est pas une exigence pour le CSC, et que cela peut se produire si la corrosion se produit en premier et que le matériau est ensuite soumis à des contraintes.

En plus de Sieradzki, les auteurs de l'article incluent Nilesh Badwe, Xiying Chen, Erin Karasz, et Ariana Tse d'ASU et Daniel Schreiber, Matthieu Olszta, Nicole Overman et Stephen Bruemmer du Pacific Northwest National Laboratory. La recherche a été soutenue par le département américain de l'Énergie.

L'équipe a examiné le comportement d'un alliage argent-or modèle de laboratoire, qui imite le comportement à la corrosion d'alliages d'ingénierie importants, tels que les aciers inoxydables et les alliages à base de nickel utilisés dans les centrales nucléaires.

Corrosion dans ces alliages techniques, comme dans le modèle en alliage argent-or, entraîne la formation de trous de taille nanométrique dans la couche corrodée. Selon Sieradzki, le paramètre clé déterminant l'apparition d'un SCC rapide est l'adhérence entre la couche corrodée et l'alliage non corrodé. En utilisant les techniques à l'échelle atomique de la microscopie électronique à haute résolution et de la tomographie par sonde atomique, avec des caractérisations statistiques, l'équipe a déterminé que l'exigence apparente de la présence simultanée de contraintes et de corrosion existe en raison des changements de morphologie dépendant du temps qui affectent l'adhérence.

Tant qu'une adhérence adéquate entre les couches est maintenue, une fissure qui commence par la couche corrodée peut pénétrer dans l'alliage non corrodé. Cela signifie qu'il peut y avoir une composante mécanique importante à la fissuration par corrosion sous contrainte qui ne peut être identifiée par aucune mesure de la corrosion. Le résultat est qu'une mesure de corrosion peut sous-estimer le taux de SCC par des facteurs multiplicatifs de 10 ou plus.

« Dans les centrales nucléaires, La maintenance des SCC et les fermetures d'usines sont basées sur l'expérience antérieure avec des réacteurs de conception similaire, " a expliqué Sieradzki. " Bien que nous ne construisions pas de nouvelles centrales nucléaires aux États-Unis, ces découvertes devraient déclencher la recherche de nouvelles, alliages résistants à la corrosion qui peuvent être utilisés pour les pièces de rechange dans les usines existantes et dans d'autres applications structurelles importantes."