O que afeta quase tudo feito de metal, de carros a barcos, tubos subterrâneos e até obturações nos dentes? Corrosão - um processo lento de decomposição. A um custo global de trilhões de dólares anualmente, tem um preço alto, para não mencionar, a segurança potencial, riscos ambientais e de saúde que apresenta.

"A corrosão tem sido um grande problema há muito tempo, "disse o professor de engenharia química da UC Santa Barbara, Jacob Israelachvili. Particularmente em espaços confinados - espaços estreitos entre as peças da máquina, a área de contato entre o hardware e a placa de metal, atrás das vedações e sob as juntas, costuras onde duas superfícies se encontram - a observação atenta de tal dissolução eletroquímica foi um enorme desafio, ele adicionou.

Não mais.

Usando um dispositivo chamado Surface Forces Apparatus (SFA) desenvolvido por Israelachvili, ele e sua equipe de pesquisa investigaram o processo de corrosão em fendas e pites e foram capazes de obter uma visão em tempo real do processo de corrosão em superfícies confinadas. Realizado com o estudante de graduação Howard Dobbs e o cientista do projeto Kai Kristiansen da UCSB, e colegas do Max-Planck-Institut für Eisenforschung em Düsseldorf, o estudo é publicado no Proceedings of the National Academy of Sciences .

"Com o SFA, podemos determinar com precisão a espessura de nosso filme de metal de interesse e acompanhar o desenvolvimento ao longo do tempo conforme a corrosão prossegue, "Kristiansen disse. A configuração dos pesquisadores também permitiu que eles tivessem o controle da composição de sal da solução, e temperatura, bem como o potencial elétrico da superfície do níquel.

A corrosão em fendas e pites não é o tipo de ferrugem disseminada na superfície que você pode ver nos cascos de navios antigos expostos ao oceano. Em vez disso, são intensos, ataques localizados, onde a decadência visível pode parecer enganosamente menor. Na verdade, as coisas parecem bem até que falhem catastroficamente:as máquinas quebram, pontes se dobram, mau funcionamento de motores de navios marítimos, as obturações dentárias caem.

Para este experimento, os pesquisadores estudaram um filme de níquel contra uma superfície de mica. Eles se concentraram no início da corrosão - o ponto em que a superfície do metal começa a se dissolver. Eles observaram que a degradação do material não ocorria de forma homogênea. Em vez, certas áreas - locais onde havia provavelmente rachaduras em microescala e outros defeitos de superfície - experimentariam corrosão local intensa, resultando no aparecimento repentino de poços.

"É muito anisotrópico, "Israelachvili disse, explicando que mesmo dentro das fendas, coisas diferentes estão acontecendo perto da abertura e no fundo da fenda. "Porque você tem difusão ocorrendo, afeta a taxa na qual o metal se dissolve dentro e fora da fenda. É um processo muito complexo. "

"A primeira etapa do processo de corrosão geralmente é muito importante, uma vez que isso indica que qualquer camada de superfície protetora se desfez e que o material subjacente está exposto à solução, "Dobbs disse. A partir daí, de acordo com os pesquisadores, a corrosão se espalha a partir dos poços e muitas vezes o faz rapidamente, porque o material subjacente não é tão resistente ao fluido corrosivo.

"Um dos aspectos mais importantes de nossa descoberta é a importância da diferença de potencial elétrico entre o filme de interesse e a superfície de oposição no início da corrosão, "Kristiansen acrescentou. Quando a diferença de potencial elétrico atinge um certo valor crítico, é mais provável que a corrosão comece e mais rápido se espalhe. Nesse caso, o filme de níquel sofreu corrosão enquanto a mica quimicamente mais inerte permaneceu inteira.

"Já vimos esse efeito interessante antes com outros materiais metálicos e não metálicos, "Dobbs disse." Temos algumas peças do quebra-cabeça, mas ainda estamos procurando desvendar todo o mecanismo desse fenômeno. "

Esta pesquisa em tempo real, mecanismos micro e nanoescala de corrosão fornecem informações valiosas que os cientistas podem construir, o que pode levar a modelos e previsões de como e quando os materiais em espaços confinados podem sofrer corrosão.

"Basicamente, é uma questão de prolongar a vida útil de metais e dispositivos, "Disse Israelachvili. Especialmente nos dias de hoje, onde os dispositivos podem ser muito pequenos, e você pode até colocá-los no corpo, ele adicionou, entender como proteger adequadamente as superfícies propensas à corrosão reduzirá a necessidade de substituí-las devido a danos.

Por outro lado, compreender como acelerar a dissolução onde seria apropriado também seria benéfico, tal como com não tradicional (por exemplo, aluminosilica) cimentos que produzem menos dióxido de carbono.

“Um passo importante na formação do cimento é a dissolução dos principais ingredientes do cimento, sílica e alumina, que é muito lento e requer condições altamente cáusticas inseguras para uso na produção em grande escala, "Dobbs disse." Melhorando a taxa de dissolução, evitando a necessidade de inseguros, soluções cáusticas removeriam uma barreira tecnológica na implementação de cimentos não tradicionais. "