Warum Aluminiumoxidfilm Aluminium vor oxidativer Korrosion schützen kann?

Metalle mögen hart erscheinen, aber mit genügend Zeit können sie sogar durch reine Luft zerstreut werden. Sauerstoff reagiert mit Aluminiumlegierungen, um rostige Metalloxide zu bilden, aber jetzt stellt sich heraus, dass Metalloxide die Lebensdauer von Aluminiumlegierungen verlängern können. Untersuchungen haben ergeben, dass Aluminium durch einen dünnen Aluminiumoxidfilm vor weiterer Oxidation geschützt werden kann, der wie eine Flüssigkeit wirkt und alle Lücken füllt, die sich beim Fließen bilden.

Wenn sich Metalloxide wie Rost oder Rost ansammeln, können sie das Metall zerfressen und schließlich zum Reißen bringen. Allerdings sind nicht alle Metalloxide so zerstörerisch. Drei spezielle Oxide: Aluminiumoxid, Chromoxid und Siliziumdioxid schützen das Metall tatsächlich vor weiterer Korrosion.

Unter besonders belastenden Bedingungen, wie z. B. in einem Reaktor, kann es schnell zu Korrosion kommen. Die Forscher testeten, wie gut Beschichtungen dieser speziellen Oxide das darunter liegende Metall schützten, wenn sie Sauerstoff ausgesetzt und mechanisch beansprucht wurden.

Zeitvergleich, da sich die Aluminiumoxidschicht verformt und dehnt, um das Aluminium vor Sauerstoff zu schützen

Aluminiumoxidfilme funktionieren gut, und obwohl Aluminiumoxid ein Feststoff ist, verhält es sich wie eine Flüssigkeit, wenn es in sehr dünnen Schichten von etwa zwei bis drei Nanometern aufgetragen wird. Wenn sich das Aluminium dehnt, dehnt sich die Oxidschicht und hält das Metall bedeckt, wodurch verhindert wird, dass Sauerstoff eindringt.

Die Forscher konnten dieses Phänomen bei Raumtemperatur nachweisen, indem sie Aluminium auf das Doppelte seiner ursprünglichen Länge streckten, ohne zu brechen. Aluminiumoxid ist im Allgemeinen spröde, aber es wurde festgestellt, dass sich dünne Schichten fast so gut verformen wie normales Aluminium.

Diese selbstheilende Beschichtung kann in Situationen mit hoher Belastung wie Brennstoffzellen oder Kernkraftwerksreaktoren eingesetzt werden. Weil es so klein ist, sagen die Forscher, dass es besonders geeignet sein könnte, winzige Moleküle wie Wasserstoff zu enthalten, die die meisten anderen Materialien passieren können.