Comprendre la corrosion pour créer des métaux de nouvelle génération

Les chercheurs du Laboratoire national du Pacifique Nord-Ouest (PNNL) aux USA ont développé une nouvelle technique révolutionnaire pour étudier en détail les processus de corrosion des métaux. Cette avancée permet de mieux comprendre comment et pourquoi la corrosion se produit, ouvrant ainsi la voie à la conception de matériaux plus résistants et durables.

Les limites des méthodes traditionnelles d’étude de la corrosion

Les méthodes classiques d’étude de la corrosion, comme la technique du « cook-and-look », présentent de nombreux inconvénients. Les chercheurs ne peuvent observer la corrosion qu’après qu’elle se soit produite, ce qui les oblige à émettre des hypothèses sur son initiation et sa progression. De plus, le fait de retirer et de réinsérer régulièrement l’échantillon peut fausser les résultats.

D’autres techniques, comme la technique de l’électrode vibrante à balayage ou la microscopie électrochimique à balayage, utilisent un courant pour mesurer les propriétés électrochimiques des échantillons, mais les irrégularités de surface peuvent interférer avec les résultats.

L’analyse multimodale de la corrosion : une approche innovante

Pour pallier ces limitations, les chercheurs du PNNL ont mis au point l’analyse multimodale de la corrosion. Cette technique combine l’utilisation de capteurs, de caméras, d’électrodes et d’un tube de collecte d’hydrogène pour observer en temps réel la progression de la corrosion dans des atmosphères simples, comprendre la nature des surfaces grâce à des techniques électrochimiques, et imager et collecter les gaz d’hydrogène, sous-produits de la corrosion.

Sridhar Niverty, chercheur en sciences des matériaux au PNNL, explique : « En combinant les données de ces modalités simples et diverses en temps réel, nous pouvons répondre à des questions fondamentales sur la façon dont la corrosion s’initie et se propage dans les matériaux. »

La microscopie d’impédance électrochimique à balayage

Pour analyser la corrosion avec encore plus de précision, les scientifiques du PNNL ont développé la microscopie d’impédance électrochimique à balayage. Cette technique utilise un capillaire miniature contenant l’électrolyte, l’électrode de référence et l’électrode de collecte de courant. En posant l’ouverture du capillaire sur la surface, les chercheurs peuvent mesurer les propriétés électrochimiques localisées et dépendantes du temps sans interférence des régions voisines.

Lyndi Strange, chimiste au PNNL, souligne : «L’ajout de la spectroscopie d’impédance à la technique a été inestimable pour comprendre comment une surface change à travers un joint métallique (ou un alliage) en corrélant les résistances mesurées aux caractéristiques physiques du métal.»

Des applications pour les techniques de soudage par friction

Ces avancées sont particulièrement utiles pour les chercheurs du PNNL qui travaillent sur la production et les tests de matériaux légers et de joints pour les applications automobiles, en utilisant des méthodes innovantes comme le soudage par friction malaxage.

Rajib Kalsar, chercheur en sciences des matériaux au PNNL, explique : « Grâce à ses capacités uniques, la nouvelle technique est employée pour acquérir des réponses électrochimiques à partir de diverses caractéristiques microstructurales : grains, joints de grains, interfaces, secondes phases, précipités, etc. L’obtention de propriétés électrochimiques individuelles au niveau microscopique est bénéfique pour la conception de matériaux structuraux hautement résistants à la corrosion. »

Vineet Joshi, chercheur en sciences des matériaux au PNNL, conclut : « Si vous comprenez vraiment bien ces interfaces pour la corrosion, vous pouvez commencer à concevoir avec précision, plutôt que de surdimensionner ou sous-dimensionner un composant. »

Légende illustration : La nouvelle méthode de surveillance de la corrosion du PNNL offre une meilleure résolution et une plus grande fiabilité. (Image composite de Melanie Hess-Robinson | Pacific Northwest National Laboratory)

Cette recherche a été mise en évidence dans les numéros d’août 2023 et d’octobre 2023 de Scientific Reports et dans le numéro de juillet 2022 de The Journal of Physical Chemistry.