То, что они развивали, является неразрушающим «спектральным отпечатком пальца» техника, которая показывает коррозию конкретно-заключенной в кожух стали, прежде чем это сможет вызвать любое значительное ухудшение структуры, которую это поддерживает. Метод обнаружения описан в новой статье в журнале Applied Magnetic Resonance.Когда вода и кислород разъедают железо, различные продукты окиси железа произведены с двумя, наиболее распространенными являющийся goethite и hematite. «Коричневая ржавчина, которая формируется, когда Вы пропускаете молоток во время дождя, главным образом goethite, и когда бар укрепления стали [перебар] разъедает в конкретном настиле моста, который является главным образом hematite», заявила NIST физический химик Дэйв Плускллик. «Мы показали в нашем новом исследовании с goethite, и наша предыдущая работа с hematite (связь внешняя), та радиация терагерца – электромагнитные волны с частотами в 10 – 100 раз выше, чем микроволновые печи, используемые, чтобы приготовить еду – могут обнаружить оба продукта коррозии на ранних стадиях формирования».Текущие методы отображения для раскрытия коррозии используют микроволновые печи, чтобы сделать запись изменений в физическом состоянии затронутой стали, таких как изменения в толщине перебара в бетоне моста или другой структуры.
«К сожалению, к тому времени, когда такие изменения обнаружимы, коррозийный процесс уже хорошо продвигается к порождению трещин в бетоне», сказали физик и Товарищ NIST Эд Гарбокзи.Кроме того, Гарбокзи сказал, что большинство микроволновых методов отображения полагается на сравнения с измерениями основания стали, взятой во время строительства, практика, которая только возвращается приблизительно 25 лет.«Это – настоящая проблема, так как средний возраст 400 000 мостов стального железобетона в Соединенных Штатах составляет 50 лет и нет никаких доступных данных основания для многих из них», объяснил он.
Метод обнаружения волны терагерца NIST работает, потому что goethite и hematite антиферромагнитные. Другими словами, пары электронов, сидящих бок о бок в атомах железа в этих материалах, вращаются в противоположных направлениях, оставляя их незатронутыми внешними магнитными полями. Напротив, электроны в атомах железа домашнего магнита, который является ферромагнетиком, вращением в том же самом направлении и или привлечен или отражен внешними магнитными полями.«Волны терагерца щелкнут выравниванием вращения одного из электронов в паре и поглощаться hematite или goethite», сказал Плускллик. «Используя датчик волны миллиметра, мы обнаружили, что это антиферромагнитное поглощение только происходит в узких частотных диапазонах в области терагерца электромагнитного спектра – получение ‘спектральных отпечатков пальцев’, уникальных для goethite и hematite, и в свою очередь, железная коррозия».
С текущими достижениями в источниках терагерца и датчиках, у нового неразрушающего метода оценки NIST есть потенциал, чтобы быстро обнаружить крошечные количества имеющих железо окисей от молодой коррозии стали, окруженной бетоном, соединения полимера (такие как изоляция трубы на фабрике), краски и другие защитные материалы.«В лаборатории мы продемонстрировали, что источник терагерца с 2 милливаттами может произвести волны, которые обнаруживают hematite через 25 миллиметров бетона», сказал Плускллик. «Используя источники терагерца с полномочиями в сотнях милливатт и современных приемников с беспрецедентными отношениями сигнал-шум, нам необходимо проникнуть через 50 миллиметров, толщина бетона, покрывающего первый слой перебара, используемого в большинстве структур стального железобетона».
Затем для команды NIST будет попытка найти спектральный отпечаток пальца для akageneite, железный продукт коррозии сформированный в присутствии ионов хлорида, которые прибывают из источников, таких как морская вода и соль удаления льда дороги.«Akageneite может вызвать проблемы в стальном железобетоне, подобном замеченным с goethite и hematite», сказал Гарбокзи.
Антиферромагнитный метод обнаружения коррозии был сначала задуман в 2009 покойным Уильямом Эджелхофф, товарищем NIST и пионером в области магнитных материалов.