A computational approach to magnesium corrosion engineering
Creators: name: Würger, Tim
Publisher: name: Dr. Hut
Year: 2023
Subjects: subject: Magnesium
subject: Corrosion
subject: Materials Science
subject: Simulation
subject: MLE@TUHH
classificationCode: 600
subject: Technik

description: Magnesium ist der leichteste metallische Konstruktionswerkstoff und birgt großes Potenzial für Automobilkomponenten, medizintechnische Implantate und Systeme zur Energiespeicherung. Die Verwendung von unbehandelten Magnesiumlegierungen wird jedoch durch ihre Korrosionsanfälligkeit stark begrenzt. Eine wesentliche Voraussetzung für die Hemmung oder Kontrolle der Korrosionsrate ist ein tieferes Verständnis der zugrunde liegenden Korrosionsmechanismen. So bildet die Erkennung der Reaktionswege, die für die Freisetzung von gasförmigem Wasserstoff -- einem der Hauptprodukte bei der Magnesiumkorrosion -- am relevantesten sind, die Grundlage für die Kontrolle über die Wasserstoffentwicklung im Allgemeinen. Ein möglicher Ansatz zur Steuerung der Wasserstoffentwicklung und Auflösung von Magnesium ist die Verwendung kleiner organischer Moleküle, die entweder die korrodierende Oberfläche stabilisieren oder korrosive Spezies in Komplexen binden. Solche Moleküle stellen oft harmlose und daher nützliche Materialien dar, mit denen die Betriebsumgebung von Magnesium für Anwendungen modifiziert werden kann, die maßgeschneiderte Korrosionseigenschaften erfordern. Diese Arbeit beleuchtet verschiedene Aspekte der Magnesiumkorrosion, die von atomistischen Einblicken in den Korrosionsprozess selbst bis zur Weiterentwicklung von Strategien für eine wirksame Korrosionskontrolle reichen. Durch die Kombination aus atomistischen Simulationen und Methoden des maschinellen Lernens wird ein ganzheitlicher Rahmen gebildet, um das theoretische Verständnis zu verbessern und in Zukunft effizientere Techniken zur Korrosionsprävention von Magnesium zu entwickeln.
description: Magnesium is the lightest metallic construction material and bears high potential for automotive components, medical implants and energy storage systems. However, the practical use of untreated magnesium alloys is restricted as they are prone to corrosion. An essential prerequisite for the inhibition or control of the degradation process is a deeper understanding of the underlying corrosion mechanisms. For instance, identifying the reaction pathways most relevant for the release of gaseous hydrogen—one of the main products during magnesium corrosion—builds the foundation for adapting the hydrogen evolution rate in general. A possible approach to modulate the hydrogen evolution and magnesium dissolution rate is the introduction of small organic molecules that either stabilize the corroding surface or capture corrosive species. Such molecules constitute benign and useful materials to modify the service environment of magnesium for applications that require tailored degradation properties. This thesis illuminates different aspects of magnesium degradation, ranging from atomistic insights into the corrosion process itself to further developing strategies for effective corrosion control. By combining atomistic simulations and machine learning techniques, a holistic framework is developed to improve understanding and enable more efficient magnesium corrosion engineering in the future.