桑迪亚国家实验室 桑迪亚国家实验室的透射电子显微镜帮助制作了这张相平衡图，显示了在一个渗碳体晶粒与两个铁素体晶粒邻接处形成的三重连接处，钢的腐蚀停止的区域
荣誉:凯瑟琳·荣格约翰 钢管生锈并最终失效
为了预防灾难，石油公司和其他公司已经建立了计算机模型来预测何时需要替换
但是如果模型本身出了问题，它们只能通过经验来修改，如果检测来得太晚，这将是一个代价高昂的问题
根据最近发表在《自然》杂志上的一篇论文，桑迪亚国家实验室、能源部集成纳米技术中心和波士顿阿美研究中心的研究人员发现，一种特殊形式的纳米腐蚀导致钢管的工作寿命不可预测地缩短
使用透射电子显微镜，通过目标发射电子来拍照，研究人员能够将问题的根源锁定在由一粒渗碳体(一种碳和铁的化合物)和两粒铁氧体(一种铁)形成的三重结上
这种连接在大多数钢管成型方法中经常形成
铁原子滑走了 研究人员发现，这些三重结的原子结构中的界面无序使得腐蚀性溶液更容易沿着该界面去除铁原子
在实验中，当三接点被腐蚀消耗掉时，腐蚀过程停止，但是留下的缝隙允许腐蚀溶液侵蚀钢的内部
桑迪亚公司的首席研究员凯瑟琳·荣格约翰是一名论文作者和首席显微镜学家，她说:“我们想出了一个可能的解决方案，通过在锻造过程中改变钢表面的微观结构来形成新的管道，但是如果这种方法可行的话，还需要进行测试并申请专利。”
“但现在我们认为我们知道主要问题在哪里了
" 阿美石油公司高级研究科学家史蒂文·海登补充道:“这是世界上第一次对现实世界中的材料——碳钢——进行纳米尺度腐蚀的实时观察，碳钢是全世界基础设施中最普遍使用的钢材类型
通过它，我们确定了在局部钢腐蚀的开始和发展中起作用的界面类型和机理
这项工作已经被转化为模型，用于防止与腐蚀相关的灾难，如基础设施坍塌和管道破裂
" 在野外，昂贵而精密的显微镜无法移动，为了模拟管道的化学暴露，在桑迪亚将非常细的管道样品暴露在已知穿过石油管道的各种化学物质中
桑迪亚研究人员兼论文作者哈立德·哈塔尔(Khalid Hattar)将一个干燥的样本放入真空中，用透射电子显微镜绘制了钢雨类型及其方向的地图，就像飞机上的飞行员可能使用相机绘制农田和道路的区域地图一样，只是哈塔尔的地图分辨率约为6纳米
哈塔尔说:“通过对比液体腐蚀实验前后的这些图，可以直接识别出样品中脱落的第一个相，本质上是识别内部微观结构中最薄弱的环节。”
桑迪亚研究人员和论文作者保罗·科图拉说:“我们分析的样品被认为是低碳钢，但它含有相对高碳的渗碳体夹杂物，这是局部腐蚀的部位
“我们的透射电子显微镜是这项工作的关键部分，使我们能够对样品成像，观察腐蚀过程，并在腐蚀发生前后进行微观分析，以确定铁素体和渗碳体颗粒以及腐蚀产物所扮演的角色
" 当海登第一次开始从事腐蚀研究时，他说，“我被腐蚀的复杂性和对它的不了解所吓倒
这在很大程度上是因为现实的实验将涉及在液体环境中以纳米尺度的分辨率观察钢等复杂材料，而实现这一壮举的技术直到最近才被开发出来，尚未应用于腐蚀领域
现在，我们乐观地认为，桑迪亚和集成纳米技术中心的进一步工作将使我们能够重新思考制造工艺，以尽量减少敏感纳米结构的表达，这些纳米结构使钢容易受到加速衰变机制的影响
" 局部腐蚀的隐形路径 局部腐蚀不同于均匀腐蚀
后者以散装形式出现，并且是高度可预测的
前者是不可见的，形成了一个只能在终点观察到的路径，并通过使腐蚀更容易扩散而增加了整体腐蚀速率
“更好地理解钢中这些类型的界面上腐蚀开始和发展的机理，将是减轻腐蚀相关损失的关键，”该论文称
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