Τι είναι η ευθραυστότητα του υδρογόνου;

Η ευθραυστότητα υδρογόνου είναι ένας μηχανικός όρος που αναφέρεται σε συμβιβασμό στην αντοχή σε εφελκυσμό ενός χυτευμένου μετάλλου ή κράματος λόγω διείσδυσης αερίου ή ατομικού υδρογόνου. Εν ολίγοις, τα μόρια υδρογόνου που καταλαμβάνουν το μέταλλο αντιδρούν με τρόπο που καθιστά το υλικό εύθραυστο και επιρρεπές σε ρωγμές. Προφανώς, η ευθραυστότητα του υδρογόνου παρουσιάζει σημαντικά προβλήματα όσον αφορά τη δυνατότητα να βασίζεται στη δομική ακεραιότητα γεφυρών, ουρανοξυστών, αεροπλάνων, πλοίων κ.λπ. Στην πραγματικότητα, αυτό το φυσικό φαινόμενο οδηγεί σε μια κατάσταση γνωστή ως αστοχία καταστροφικού κατάγματος και είναι η άμεση αιτία πολλές μηχανικές καταστροφές που έχουν συμβεί στην ξηρά, καθώς και στον αέρα και τη θάλασσα.

Η διαδικασία ξεκινά με την έκθεση στο υδρογόνο, το οποίο μπορεί να συμβεί ενώ ένα μέταλλο υφίσταται ορισμένες διαδικασίες κατασκευής, όπως η ηλεκτρολυτική επιμετάλλωση. Η επιτυχής επίστρωση βασίζεται στην προετοιμασία του μετάλλου με ένα λουτρό οξέος προτού μπορέσει να δεχθεί στρώματα χρωμίου. Ο ηλεκτρισμός που χρησιμοποιείται κατά τη διαδικασία «τουρσί» και επιμετάλλωσης ξεκινά μια αντίδραση που ονομάζεται υδρόλυση κατά την οποία τα μόρια του νερού διασπώνται σε θετικά φορτισμένα ιόντα υδρογόνου και αρνητικά φορτισμένα ανιόντα υδροξειδίου.

Το υδρογόνο είναι επίσης ένα υποπροϊόν διαβρωτικών αντιδράσεων, όπως η σκουριά. Η αποσύνθεση του υδρογόνου μπορεί επίσης να προκληθεί από τα ίδια μέτρα που λαμβάνονται για την αποτροπή της, εάν εφαρμοστεί ακατάλληλα. Για παράδειγμα, η ευθραυστότητα του υδρογόνου μπορεί μερικές φορές να αποδοθεί σε καθοδική προστασία, η οποία προορίζεται να αυξήσει την αντίσταση στη διάβρωση του επικαλυμμένου μετάλλου τροποποιώντας τα ευάλωτα στο υδρογόνο συστατικά του υλικού. Αυτό επιτυγχάνεται με την εισαγωγή ενός αντίθετου ρεύματος για να προκαλέσει τη «θυσία» μεταλλικών ανοδίων που διαθέτουν χαμηλότερο δυναμικό διάβρωσης από το ίδιο το μέταλλο. Στην πραγματικότητα, το υλικό γίνεται πολωμένο.

Όταν υπάρχει υδρογόνο, ωστόσο, μεμονωμένα άτομα αρχίζουν να διασκορπίζονται σε όλο το μέταλλο και συσσωρεύονται σε μικροσκοπικούς χώρους στη μικροδομή του, όπου στη συνέχεια ανασυγκροτούνται για να σχηματίσουν μόρια υδρογόνου. Το απορροφημένο υδρογόνο, παγιδευμένο πλέον, αρχίζει να αναζητά μια διαφυγή. Αυτό το κάνει δημιουργώντας εσωτερική πίεση, η οποία επιτρέπει στο υδρογόνο να αναδύεται σε φουσκάλες που τελικά ραγίζουν την επιφάνεια του μετάλλου. Για να αντιμετωπιστεί αυτή η διαδικασία, το μέταλλο πρέπει να ψηθεί μέσα σε μία ώρα ή λιγότερο μετά την ηλεκτρολυτική επιμετάλλωση για να επιτρέψει στο παγιδευμένο υδρογόνο να διαφύγει από τα στρώματα της επιμετάλλωσης χωρίς να δημιουργηθούν ρωγμές ή σημεία τάσης.

Ενώ το υδρογόνο μπορεί να εισβάλει στα περισσότερα μέταλλα, ορισμένα μέταλλα και κράματα είναι γνωστό ότι είναι πιο ευαίσθητα στην ευθραυστότητα του υδρογόνου, δηλαδή ο μαγνητικός χάλυβας, το τιτάνιο και το νικέλιο. Αντίθετα, ο χαλκός, το αλουμίνιο και ο ανοξείδωτος χάλυβας επηρεάζονται λιγότερο. Ωστόσο, ο χάλυβας και ο χαλκός που περιέχει οξυγόνο μπορεί να γίνει ευάλωτος στην ευθραυστότητα εάν υποβληθεί σε έκθεση σε υδρογόνο υπό υψηλή θερμότητα ή πίεση. Αντίστοιχα, τα υλικά αυτά επηρεάζονται από προσβολή υδρογόνου ή ευθραυστότητα ατμού που δημιουργείται από αντιδράσεις μεταξύ ενυδατωμένων μορίων και οξειδίων άνθρακα ή χαλκού.