A modificação da superfície nanocristal ultrassônica restaura a resistência à corrosão do aço inoxidável

Encontrados em tudo, desde aparelhos de cozinha até infraestrutura de energia sustentável, os aços inoxidáveis ​​são usados ​​extensivamente devido à sua excelente resistência à corrosão (ferrugem). Eles são um materials importante em muitas indústrias, incluindo fabricação, transporte, petróleo e gás, energia nuclear e processamento químico.

No entanto, aços inoxidáveis ​​podem sofrer um processo chamado sensibilização quando submetidos a uma certa gama de altas temperaturas – como durante a soldagem – e isso se deteriora substancialmente corrosão resistência. Esquerda desmarcada, a corrosão pode levar a rachaduras e falha estrutural.

“Este é um grande problema para aços inoxidáveis”, diz Kumar Sridharan, professor de engenharia nuclear e ciência e engenharia de física e materiais da Universidade de Wisconsin -Madison. “Quando aço inoxidável Fica corroído, os componentes precisam ser substituídos ou remediados. Este é um processo caro e causa o tempo de inatividade prolongado na indústria “.

Sridharan e Kasturi Narasimha Sasidhar, cientista assistente do grupo de Sridharan, demonstraram uma nova abordagem para restaurar a resistência à corrosão do aço inoxidável, que poderia ser muito mais rápido e potencialmente mais caro que os métodos convencionais de remediação de alta calor.

Para entender fundamentalmente por que sua abordagem foi tão bem -sucedida em restaurar a resistência à corrosão, os pesquisadores aproveitaram uma técnica avançada chamada Tomografia por sonda Atom Em colaboração com a empresa Cameca Devices Inc., com sede em Madison, (Ametek), que tem vínculos com a UW-Madison.

A equipe detalhou suas descobertas em um artigo publicado 5 de março de 2025, no diário Transações metalúrgicas e de materiais.

Para sua abordagem, os pesquisadores usaram uma tecnologia chamada “modificação de superfície nanocristal ultrassônica” em uma amostra de aço inoxidável sensibilizado. Nesse processo, um pino duro bate na superfície do aço em frequências extremamente altas.

“Mostramos que a modificação da superfície nanocristal ultrassônica pode restaurar o estado resistente à corrosão do aço inoxidável, sem precisar de nenhum tratamento térmicoo que é realmente um grande negócio “, diz Sridharan.

Embora a modificação da superfície nanocristal ultrassônica não seja facilmente escalável, Sridharan diz que esta pesquisa pode abrir uma porta para métodos de modificação de superfície mais escaláveis ​​e semelhantes para otimizar o desempenho de aços inoxidáveis.

Obviamente, os pesquisadores queriam entender por que sua abordagem period eficaz. Técnicas tradicionais de microscopia como digitalização ou Microscopia eletrônica de transmissão Somente period insuficiente para produzir os dados necessários para responder às suas perguntas.

“A tecnologia de tomografia de sonda atômica da Cameca permitiu aos pesquisadores olhar para o aço na escala de nanômetros, em três dimensões, e medir com precisão a localização dos elementos do materials”, diz Sasidhar, agora um cientista sênior de aplicações da Cameca Devices Inc.

O aço inoxidável contém cerca de 18% de cromo, que é o que o torna resistente à corrosão. À medida que a sensibilização ocorre, o cromo é esgotado em pequenas áreas no aço inoxidável. Notavelmente, essas pequenas áreas de esgotamento são responsáveis ​​pela perda drástica na resistência à corrosão.

A equipe descobriu que o tratamento de modificação da superfície nanocristal ultrassônica equalizou a concentração de cromo nas pequenas regiões esgotadas, que restaurou o Resistência à corrosão.

Sridharan diz que a conexão da UW-Madison com a Cameca, uma fabricante líder mundial de equipamentos de tomografia de sonda Atom, desempenhou um papel elementary nesse avanço. O precursor do negócio de tomografia de sonda Atom de Cameca foi a Imago Scientific Devices Company, uma empresa fundada em 1998 por Tom Kelly, ex-professor de ciência e engenharia de materiais da UW-Madison. Em 2010, a IMAGO foi adquirida pela Ametek e incorporada à Unidade de Negócios da Cameca.

“A empresa possui fortes vínculos históricos com a UW-Madison”, diz Robert Ulfig (BSNEEP ’94, MSMS & E ’97), aplicativos sênior e desenvolvedor de negócios da CAMECA e co-autor no artigo, que trabalhou em estreita colaboração com Sridharan durante seus estudos de pós-graduação. “É emocionante que pudéssemos colaborar com a universidade para fazer essa descoberta impactante”.