ROESTVRIJ STAAL ROEST TOCH NOG DOOR MANGAAN-EILANDJES

Roestvrij staal (RVS), een legering van ijzer met chroom en nikkel, corrodeert door de inwerking van chloride-ionen in water. Er ontstaan microscopisch kleine uitdiepende putjes die in zout water binnen een paar weken of maanden dwars door een stuk staal kunnen vreten. Scheikundigen van het Imperial College en University College in Londen toonden aan hoe die putjes ontstaan en hoe zelfs `roestvrij' staal toch roest (Nature, 14 februari).

RVS is corrosiebestendig door de aanwezigheid van zo'n 13 tot 25% chroom. Als je RVS-oppervlak schuurt en vervolgens onder water houdt, ontstaat er binnen een fractie van een seconde een dun laagje chroomoxide, dat het onderliggende materiaal effectief afschermt. Maar niet overal. Onzichtbaar voor het blote oog zitten er aan het oppervlak kleine eilandjes die bestaan uit mangaansulfide, een verbinding van mangaan (een metaal dat in kleine hoeveelheden in het staal aanwezig is) met zwavel. Die eilandjes, zogeheten insluitsels, spelen een belangrijke rol bij het ontstaan van corrosie. Tot nu toe was steeds aangenomen dat dat komt doordat het mangaansulfide op een of andere manier chemisch werd omgezet in corrosieve zuren.

Mary Ryan en haar collega's schoten met een krachtige bundel atomen rond de mangaansulfide-eilandjes brokstukken van het oppervlak af en determineerden die aan de hand van hun massa. Zo ontdekten ze dat in een schilletje van een paar honderd nanometer rond een eilandje de chroomconcentratie sterk verlaagd is. Daardoor wordt het beschermende chroomoxide laagje aangetast.

De meest voor de hand liggende methode om echt roestvrij staal te maken is het zwavel tijdens het fabricageproces te verwijderen. Dat kan al, met behulp van zuurstof, maar gebeurt bijna nooit. Mangaansulfide vergemakkelijkt namelijk het bewerken van het staal. Daarom wordt meestal een compromis gezocht tussen corrosie-bestendigheid en bewerkingsgemak. Een alternatieve methode om corrosie tegen te gaan is het toevoegen van metalen als molybdeen, maar dat is weer erg kostbaar, en gebeurt alleen in speciale toepassingen zoals in medische implantaten. Nu echter duidelijk is geworden wat de oorzaak is van het corroderen van RVS, zijn er wellicht technieken te bedenken om het chroomlaagje te herstellen waar dat nodig is.