Oto jak kropla deszczu może uszkodzić karoserię
Kropla wody spływająca po liściu lub tworzywie sztucznym może gromadzić ładunek elektryczny, który następnie uszkodzi karoserię samochodu. Ten pomijany mechanizm uszkodzeń infrastruktury opisali na łamach Nature Zhongyuan Ni, Rüdiger Berger i Hans-Jürgen Butt oraz ich zespół z Instytutu Badań nad Polimerami im. Maxa Plancka. Ich odkrycie może pomóc w opracowaniu skuteczniejszych metod ochrony samochodów, statków czy budynków przed korozją.
Powłoki antykorozyjne oddzielają metal od otoczenia, ale z czasem tracą szczelność. Dotychczas uszkodzenia powodowane przez krople wody przypisywano głównie ścieraniu, oddziaływaniu kwasów i innych zanieczyszczeń. Autorzy nowych badań wskazują jeszcze jednego sprawcę – elektryczność powstającą w wyniku kontaktu wody z powierzchnią izolatora. Potencjał elektryczny naładowanych w ten sposób kropli może przekraczać tysiąc woltów.
Naukowcy testowali próbki miedzi pokryte teflonem o grubości 60 nanometrów. Najpierw spuszczali na nie elektrycznie obojętne krople wody z niewielkim dodatkiem wody. Po 3000 uderzeń powierzchnia pozostała gładka, bez widocznych zmian.
Wszystko zmieniło się, gdy przed upadkiem kropla spływała po liściu, spienionym PCV, polistyrenie lub kwarcu z powłoką hydrofobową. Pokonanie 4 centymetrów na takich powierzchniach wystarczyło, by krople zgromadziły ładunek elektryczny. Po uderzeniach 3000 takich kropli na wszystkich próbkach pojawiły się uszkodzenia. Pod mikroskopem sił elektronowych widać było niewielkie zagłębienia, czasem sięgające aż do miedzi.
Nagrania szybką kamerą pokazały, co działo się przed kontaktem wody z próbkami. Spód elektrycznie obojętnej wody zachowywał łagodnie zaokrąglony kształt. Jednak w kropli naładowanej silne pole elektryczne prowadziło do deformacji, nadając jej kształt stożka. Zdaniem badaczy prowadzi to do przebicia elektrycznego powłoki. Warstwa izolacyjna przestaje blokować przepływ ładunku i zostaje uszkodzona. Pomiary potwierdziły, że podczas uderzenia większość ładunku z kropli trafia do miedzianego podłoża. Kolejne uszkodzenia odsłoniły metal, przez co doszło do jego kontaktu z wodą i rozwoju korozji.
Zaobserwowany efekt nie ograniczał się do teflonu. Uszkodzenia obserwowano też na innych powłokach.
Natomiast w osobnym doświadczeniu po około 50 000 uderzeń naładowanych kropli na zabezpieczonej teflonem folii miedzianej powstały obszary korozji przekraczające milimetr.
Okazało się też, że kropla nie musi spadać. Wystarczy, że się przesuwa po powierzchni, by spowodować uszkodzenia. Autorzy badań sądzą, że zaobserwowany przez nich mechanizm może działać też poza laboratorium. Do ustalenia pozostaje jego rzeczywisty udział w korozji chronionych powierzchni. Tak czy inaczej, wyniki badań sugerują, że projektując powłoki antykorozyjne warto uwzględnić też ich odporność na wyładowania pochodzące od kropli wody.
Artykuł Spontaneously charged water drops induce corrosion został opublikowany na łamach Nature.
Komentarze (0)