Correlating grain boundary crystallography to aluminum corrosion : development of characterization methodology

Most of the engineering applications of which we are surrounded rely on the functionality and integrity of the materials employed. Most commonly, these materials are polycrystalline, i.e. composed of grains. Interestingly, many technologically relevant properties of polycrystals, such as mechanical, thermal, electrical and diffusion, are governed by the grain boundaries (GB): the interfaces between grains. Therefore, understanding the role of GBs to better predict and design materials properties is a very ambitious goal in materials science. The main challenge to achieve this goal, however, stems from the fact that GBs are very complex microstructural features that span over 5 dimensions and hence are particularly difficult to study experimentally. The aim of this thesis is to address this grand challenge by developing a new, non-destructive method – called electro-optical crystallography measurement - to characterize the 5 parameters of any GB in the microstructure of polycrystalline materials and measure its local properties. The preliminary results presented in this thesis, involving a local study of the susceptibility to corrosion – GBs structure correlation, prove the reliability and strength of this new characterizing method in locally sampling grain boundaries structure.

La maggior parte delle applicazioni ingegneristiche da cui siamo circondati si affida alla funzionalità e l’integrità dei materiali impiegati. Comunemente, questi materiali sono policristallini, ovvero formati da grani. Per i materiali policristallini, numerose proprietà tecnologiche (ad esempio: meccaniche, termiche, elettriche, di trasporto e di corrosione) sono governate dai bordi grano: interfacce che si creano tra grani. Di conseguenza, comprendere quale sia il loro ruolo, per essere in grado di controllare il comportamento dei materiali, è un obiettivo estremamente ambizioso nell’attuale scenario della scienza ed ingegneria dei materiali. Infatti, la maggiore difficoltà nel raggiungere questo scopo deriva dall’estrema complessità mostrata dalla struttura dei bordi grano che, necessitando 5 dimensioni, vede una trattazione sperimentale decisamente problematica. L’obiettivo di questa tesi è stato elaborare un nuovo metodo, rapido e non distruttivo – chiamato electro-optical crystallography measurement - per poter ricavare deterministicamente i 5 parametri necessari per una completa caratterizzazione della cristallografia di ogni bordo grano. Risultati preliminare presentati in questa tesi, coinvolgendo uno studio locale della suscettibilità a corrosione integranulare dei bordi grano in funzione della loro struttura, confermano l’affidabilità di questo nuovo metodo di caratterizzazione.