水素脆性とは

水素脆性は、ガス状または原子状水素の浸透による成形金属または合金の引張強度の妥協を指す工学用語です。 要するに、金属を占める水素分子は、材料を脆くして割れやすくするような方法で反応します。 明らかに、水素脆性は、橋、高層ビル、飛行機、船舶などの構造的完全性に依存できるという点で重大な問題を提示します。実際、この自然現象は、 破局的な破壊破損として知られる状態を引き起こし、陸や空や海で起こった多くの機械的災害。

このプロセスは、金属が電気めっきなどの特定の製造プロセスを受けている間に発生する可能性のある水素への暴露から始まります。 めっきの成功は、クロムの層を受け入れる前に、酸浴で金属を準備することにかかっています。 「酸洗い」およびめっきプロセスで使用される電気は、水分子が正に帯電した水素イオンと負に帯電した水酸化物アニオンに分解される加水分解と呼ばれる反応を開始します。

水素は、錆などの腐食反応の副産物でもあります。 水素の分解は、不適切に適用された場合、それを防ぐために講じられた対策によっても誘発されます。 例えば、水素脆性は、陰極防食に起因する場合があります。これは、材料の水素に脆弱な成分を変更することにより、被覆金属の耐食性を高めることを目的としています。 これは、金属自体よりも低い腐食電位を持つ金属陽極の「犠牲」を引き起こす反対の電流を導入することによって達成されます。 実際には、材料は分極します。

しかし、水素が存在すると、単一原子が金属全体に分散し始め、その微細構造内の小さなスペースに蓄積され、そこで再編成されて水素分子を形成します。 吸収された水素は、今や閉じ込められ、脱出しようとし始めます。 それは内部圧力を生成することで行われ、これにより水素がブリスターに放出され、最終的に金属の表面に亀裂が入ります。 このプロセスに対抗するには、電気めっき後1時間以内に金属を焼き付け、閉じ込められた水素が亀裂や応力点を生じることなくめっき層から逃げるようにする必要があります。

水素はほとんどの金属に侵入する可能性がありますが、特定の金属や合金は、水素脆性の影響を受けやすいことが知られています。つまり、磁性鋼、チタン、ニッケルです。 対照的に、銅、アルミニウム、ステンレス鋼への影響は最も少ないです。 しかし、高熱または高圧下で水素にさらされると、鋼および酸素含有銅は脆化を受けやすくなります。 それぞれ、これらの材料は、水素化攻撃または水和分子と炭素または酸化銅との反応によって生成される蒸気脆化の影響を受けます。