Исследовательский проект, возглавляемый профессором Мингсин Хуангом с факультета машиностроения Гонконгского университета (HKU), совершил прорыв в области традиционной нержавеющей стали и разработки нержавеющей стали для производства водорода (SS-H2).

Это знаменует собой еще одно крупное достижение команды профессора Хуана в рамках проекта «Супер сталь» после разработки нержавеющей стали против COVID-19 в 2021 году и сверхпрочной и сверхпрочностной супер стали в 2017 и 2020 годах соответственно.

Новая сталь, разработанная командой, обладает высокой коррозионной стойкостью, что позволяет ее потенциально применять для экологически чистого производства водорода из морской воды, где новое экологичное решение все еще находится в стадии разработки.

Производительность нового электролизера steel in salt water сравнима с текущей промышленной практикой использования титана в качестве конструкционных деталей для получения водорода из опресненной морской воды или кислоты, при этом стоимость новой стали намного дешевле.

Открытие было опубликовано в Materials Today в статье под названием «Стратегия последовательной двойной пассивации для разработки нержавеющей стали, используемой выше окисления водой». В настоящее время на результаты исследований поданы заявки на получение патентов во многих странах, и двум из них уже выдано разрешение.

С момента своего открытия столетие назад нержавеющая сталь всегда была важным материалом, широко используемым в агрессивных средах. Хром является важным элементом в обеспечении коррозионной стойкости нержавеющей стали. Пассивная пленка образуется в результате окисления хрома (Cr) и защищает нержавеющую сталь в естественных условиях. К сожалению, этот традиционный механизм однократной пассивации, основанный на Cr, остановил дальнейшее развитие нержавеющей стали.

Из-за дальнейшего окисления стабильного Cr2O3 до растворимых соединений Cr (VI) в обычной нержавеющей стали неизбежно возникает транспассивная коррозия при ~ 1000 мВ (насыщенный каломельный электрод, SCE), что ниже потенциала, необходимого для окисления воды при ~ 1600 мВ.

Например, сталь 254SMO super stainless steel является эталоном среди антикоррозионных сплавов на основе Cr и обладает превосходной стойкостью к образованию коррозии в морской воде; однако прозрачная коррозия ограничивает ее применение при более высоких потенциалах.

Используя стратегию «последовательной двойной пассивации», исследовательская группа профессора Хуана разработала новый SS-H2 с превосходной коррозионной стойкостью. В дополнение к одному пассивному слою на основе Cr2O3, на предыдущем слое на основе Cr при ~ 720 мВ образуется вторичный слой на основе Mn. Механизм последовательной двойной пассивации предотвращает коррозию SS-H2 в хлоридных средах при сверхвысоком потенциале 1700 мВ. SS-H2 демонстрирует фундаментальный прорыв по сравнению с обычной нержавеющей сталью.

«Изначально мы не верили в это, потому что преобладало мнение, что Mn ухудшает коррозионную стойкость нержавеющей стали. Пассивирование на основе марганца — это нелогичное открытие, которое невозможно объяснить современными знаниями в области коррозии. Однако, когда были представлены многочисленные результаты на атомном уровне, мы убедились. Мы не только удивлены, но и не можем дождаться возможности использовать этот механизм», — сказал доктор Кайпин Ю, первый автор статьи, чью докторскую степень возглавляет профессор Хуан.

С момента первоначального открытия инновационной нержавеющей стали до достижения прорыва в научном понимании и, в конечном счете, подготовки к официальной публикации и ее промышленному применению, команда посвятила этой работе почти шесть лет.