О вреде совершенства
Ученые из Института физической химии РАН обнаружили, что металл может разрушаться с катастрофической скоростью, если на его поверхности образуется совершенная, непроницаемая для агрессивного вещества, пленка.
Исследователи пытались выяснить, почему цирконий и его сплавы (материалы, использующиеся на атомных электростанциях), работающие в условиях повышенных температур и давлений, какой-то период времени достаточно хорошо сопротивляются коррозии, после чего начинают разрушаться с огромной скоростью. Раньше было замечено, что такой переход к «катастрофическому окислению» происходит вскоре после образования на поверхности металла белой оксидной пленки взамен черной. Рентгенографические и прочие исследования показывали, что химический и фазовый состав поверхностного оксида при этом остаются прежними, меняется лишь его кристаллическая структура. Но сам по себе этот факт не объяснял потери устойчивости металла. Ученые из института физической химии РАН заподозрили, что белая модификация поверхностной пленки содержит повышенную концентрацию так называемых точечных дефектов – вакансий (отсутствие атомов в узлах кристаллической решетки), через которые к металлу через толщу пленки и осуществляется перенос агрессивных ионов. Однако к своему удивлению они обнаружили, что напротив, белая пленка содержит гораздо меньше избыточных вакансий (точечных дефектов структуры), чем черная. То есть через ее кристаллическую решетку перемещение агрессивных ионов весьма затруднительно, а значит, металл не должен вступать в химическую реакцию, то есть разрушаться. Разгадка оказалась очень простой. Оксид с повышенной концентрацией точечных дефектов пластичен, в то время как «бездефектный» – значительно более хрупок. А в случае диоксида циркония его белая модификация оказалась хрупкой как стекло, из-за чего по мере увеличения ее толщины, в ней накапливаются механические напряжения, и рано или поздно, пленка растрескивается, открывая свободный доступ агрессивных ионов к металлу. Вот уже, действительно, лучшее – враг хорошего.
