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May 12, 2023

Valutazione della corrosione per vaiolatura mediante analisi dinamica del pattern speckle

Scientific Reports volume 13,

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 8549 (2023) Citare questo articolo

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Vi è un crescente interesse per approcci non distruttivi e ad alta risoluzione in tempo reale per gli studi sulla corrosione nei metalli. In questo articolo, proponiamo il metodo del pattern speckle dinamico come tecnica ottica a basso costo, facile da implementare e quasi in situ per la valutazione quantitativa della corrosione per vaiolatura. Questo tipo di corrosione si verifica in un'area specifica di una struttura metallica e provoca la formazione di fori che portano al cedimento strutturale. Come campione viene utilizzato un campione di acciaio inossidabile Custom 450, posto in una soluzione al 3,5% in peso di NaCl e applicato a un potenziale di \(350 \,\hbox {mV}_{SCE}\) per avviare la corrosione. I modelli maculati formati dalla diffusione di una luce laser He-Ne vengono modificati nel tempo a causa della corrosione nel campione. L'analisi del modello maculato integrato nel tempo suggerisce che il tasso di crescita della vaiolatura diminuisce con il tempo.

Il processo di adsorbimento degli ioni cloruro (\(\hbox {Cl}^-\)) può modificare la conduttività ionica dei film passivi; di conseguenza, alcuni metalli sono soggetti alla formazione di cavità. A causa dell'idrolisi all'interno del pozzo, gli ioni cloruro spostati nel pozzo per raggiungere la neutralità elettrica vengono adsorbiti sulla superficie del pozzo, provocando la propagazione della vaiolatura1. Una volta che un ambiente corrosivo è combinato con un ambiente di concentrazione dello stress, può verificarsi la tensocorrosione (SCC). La caratterizzazione della progressione del danno è essenziale per aumentare la sicurezza e minimizzare il costo economico del sistema2. Metodi sperimentali, quali correnti parassite, misurazioni elettrochimiche3, microscopia ottica, microscopia elettronica a scansione (SEM), diffrazione di raggi X4,5,6, microscopia a forza atomica (AFM)7 e olografia digitale8 possono fornire informazioni utili sulla corrosione per vaiolatura. Quando una luce coerente illumina un campione grezzo, si forma uno schema dinamico di macchioline tale che qualsiasi movimento nella superficie esterna o nella struttura interna del campione in esame può modificarlo nel tempo. L'analisi statistica di tali modelli di macchie fornisce informazioni importanti sul campione dinamico9,10.

Vi è un crescente interesse nell'utilizzo del metodo del modello maculato dinamico nelle scienze della vita e dei materiali11,12,13. In diverse applicazioni, il metodo è stato utilizzato per il monitoraggio del flusso sanguigno11, la caratterizzazione della superficie polimerica14,15, l'analisi dei semi16 e dei frutti17, la valutazione dell'attività dei parassiti18, l'analisi dell'impalcatura ossea19, l'esame dell'essiccazione delle vernici20, il rilevamento delle imperfezioni del sottosuolo nei compositi multistrato21. La tecnica ha anche mostrato risultati promettenti negli studi sulla corrosione, come l'applicazione dell'interferometria con pattern di speckle elettronico (ESPI) e la correlazione dello speckle digitale (DSC), per il rilevamento di corrosione, vaiolatura e corrosione interstiziale22,23. Fricke-Begemann et al.24 hanno esaminato i cambiamenti microtopgrafici di una superficie metallica durante un processo di corrosione utilizzando la decorrelazione dei campi di macchioline sparse. Inoltre, i processi di corrosione superficiale di un ferro (Fe) immerso in acido solforico sono stati studiati utilizzando l'interferometria digitale a macchie (DSPI) da Andrés et al.25.

In questo documento, introduciamo l'utilizzo dell'approccio dinamico del modello maculato per la valutazione quantitativa della corrosione per vaiolatura in un campione metallico. Per dimostrare la capacità e l'efficacia del metodo proposto, viene eseguita l'analisi dinamica dei modelli di speckle per il monitoraggio in tempo reale della corrosione per vaiolatura in un campione di acciaio inossidabile Custom 450. La caratteristica significativa di questo lavoro è l'introduzione di un semplice approccio quasi in-situ per la valutazione quantitativa della corrosione, che potrebbe non essere ottenuto dai sistemi di microscopia convenzionali.

Un pezzo di acciaio inossidabile Custom 450 è stato raccolto da una turbina a gas a telaio installata in una centrale elettrica in riva al mare, in particolare dalla parte del mozzo di una pala guasta che si trovava nel primo stadio della pala del compressore. È stata utilizzata una macchina per elettroerosione a filo per tagliare il campione nella dimensione desiderata (0,5\(\times 74\times \)5 \(\hbox {mm}^3\)). Le proprietà meccaniche e di corrosione del materiale campione sono state descritte altrove4,26,27. Il campione è stato abraso meccanicamente con una serie di carte abrasive al carburo di silicio bagnate con granulometrie di #100, #220, #400, #600, #800, #1000, #2000 e #3000. Quindi, è stato lucidato con una soluzione di allumina da 2,5 \(\mu \)m per ottenere una levigatezza a specchio prima di essere pulito con alcool.