Interplay of water and reactive elements in oxidation of alumina-forming alloys
Artikel i vetenskaplig tidskrift, 2018

High-temperature alloys are crucial to many important technologies that underpin our civilization. All these materials rely on forming an external oxide layer (scale) for corrosion protection. Despite decades of research on oxide scale growth, many open questions remain, including the crucial role of the so-called reactive elements and water. Here, we reveal the hitherto unknown interplay between reactive elements and water during alumina scale growth, causing a metastable ‘messy’ nano-structured alumina layer to form. We propose that reactive-element-decorated, hydroxylated interfaces between alumina nanograins enable water to access an inner cathode in the bottom of the scale, at odds with the established scale growth scenario. As evidence, hydride-nanodomains and reactive element/hydrogen (deuterium) co-variation are observed in the alumina scale. The defectrich alumina subsequently recrystallizes to form a protective scale. First-principles modelling is also performed to validate the RE effect. Our findings open up promising avenues in oxidation research and suggest ways to improve alloy properties.

Corrosion protection

Alumina

Aluminum oxide

Alloy properties

Alumina layers

Scale (deposits)

Författare

Nooshin Mortazavi Seyedeh

Student vid Chalmers

Christine Geers

Chalmers, Kemi och kemiteknik, Energi och material

Mohsen Esmaily

Chalmers, Kemi och kemiteknik, Energi och material

Vedad Babic

Chalmers, Kemi och kemiteknik, Energi och material

Mohammad Sattari

Chalmers, Fysik, Materialens mikrostruktur

Kristina Lindgren

Chalmers, Fysik, Materialens mikrostruktur

Per Malmberg

Chalmers, Kemi och kemiteknik, Kemi och biokemi

Bo Jönsson

Chalmers, Kemi och kemiteknik, Energi och material

Mats Halvarsson

Chalmers, Fysik, Materialens mikrostruktur

Jan-Erik Svensson

Chalmers, Kemi och kemiteknik, Energi och material

Itai Panas

Chalmers, Kemi och kemiteknik, Energi och material

Lars-Gunnar Johansson

Chalmers, Kemi och kemiteknik, Energi och material

Nature Materials

1476-1122 (ISSN) 1476-4660 (eISSN)

Vol. 17 7 610-617

Drivkrafter

Hållbar utveckling

Styrkeområden

Nanovetenskap och nanoteknik (SO 2010-2017, EI 2018-)

Materialvetenskap

Fundament

Grundläggande vetenskaper

Ämneskategorier

Annan materialteknik

Metallurgi och metalliska material

Korrosionsteknik

Infrastruktur

Chalmers materialanalyslaboratorium

DOI

10.1038/s41563-018-0105-6

Mer information

Senast uppdaterat

2022-04-05