Les oxydes métalliques auto-cicatrisants peuvent protéger contre la corrosion
Des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT) ont découvert qu'un revêtement protecteur solide d'oxyde métallique, lorsqu'il est appliqué en couche modérément fine, a la capacité de se déformer comme un liquide et de combler toutes les fissures et les espaces qui apparaissent.
Ce revêtement mince spécial empêche la fuite de petites molécules de pénétrer à travers la plupart des matériaux, tels que l'hydrogène gazeux utilisé pour alimenter les voitures à pile à combustible ou le tritium radioactif (une forme lourde d'hydrogène) formé à l'intérieur des cœurs des centrales nucléaires.
La plupart des métaux, à l'exception de l'or, ont tendance à s'oxyder lorsqu'ils sont exposés à l'air et à l'eau. Cette réaction produit de la rouille sur le fer, du ternissement sur l'argent et de la rouille sur le cuivre, ce qui peut fragiliser le métal à long terme et entraîner des fissures ou des défaillances structurelles. Cependant, trois types d'oxydes métalliques, l'oxyde d'aluminium, l'oxyde de chrome et l'oxyde de silicium, peuvent servir de revêtements protecteurs pour prévenir l'oxydation.
Ce revêtement fin spécial empêche la fuite de petites molécules.
L'équipe, dirigée par l'étudiant diplômé Yang Yang, a utilisé des instruments spécialement conçus pour examiner en détail la surface des métaux recouverts de ces oxydes afin d'observer ce qui se passe lorsqu'ils sont exposés à un environnement d'oxygène et soumis à des contraintes. Alors que la plupart des microscopes électroniques à transmission (MET) nécessitent de placer les échantillons sous vide, l'équipe a utilisé un microscope modifié, appelé microscope électronique à transmission environnemental (METE-E), qui permet d'étudier les échantillons en présence de gaz ou de liquides. Cet instrument a permis d'étudier le processus conduisant à la fissuration par corrosion sous contrainte.
Sous l'effet des contraintes internes de la cuve du réacteur et exposés à la vapeur surchauffée, les métaux peuvent se corroder rapidement s'ils ne sont pas protégés. Même avec une couche protectrice solide, des fissures se forment, permettant à l'oxygène de pénétrer la surface du métal nu, notamment aux interfaces entre les grains métalliques qui le composent, aggravant ainsi la corrosion et les dommages structurels.
Yang, doctorant, a expliqué qu'auparavant, on pensait que les oxydes métalliques étaient cassants et sujets aux fissures, et que personne n'avait pu le prouver, car il était difficile d'observer le comportement du matériau en conditions réelles. Aujourd'hui, l'équipe de recherche l'observe pour la première fois à une résolution quasi atomique. Cette méthode a démontré que la couche d'oxyde d'aluminium, généralement très cassante et susceptible de se rompre sous contrainte, lorsqu'elle est produite sous une forme ultra-mince, se déforme presque comme une fine couche d'aluminium métallique, bien plus fine que le noyau d'aluminium. Lorsque l'oxyde d'aluminium est appliqué à la surface d'une grande pièce d'aluminium, l'écoulement liquide maintient l'aluminium recouvert d'une couche protectrice.
Les chercheurs ont démontré, grâce au microscope électronique à transmission (E-TEM), que l'aluminium recouvert d'oxyde pouvait être étiré jusqu'à plus de deux fois sa longueur initiale sans aucune fissure. L'oxyde formait un revêtement protecteur uniforme à la surface, sans joints de grains ni fissures, même sous l'effet de l'étirement. Techniquement, le matériau est du verre, mais il se déplace comme un liquide et recouvre la surface tant qu'il est suffisamment fin.
Ju Li, professeur de sciences et d'ingénierie nucléaires et co-auteur de l'étude, a déclaré :« Avec l'avantage d'une surface douce et sans fissures ni joints de grains pour permettre la pénétration dans le matériau, les revêtements auto-cicatrisants ont de nombreuses applications potentielles. »
