Wat is waterstofbrosheid?
Waterstofbrosheid is een technische term die verwijst naar een compromis in de treksterkte van een gegoten metaal of legering vanwege een infiltratie van gasvormige of atomaire waterstof. Kortom, waterstofmoleculen die het metaal bezetten, reageren op een manier die het materiaal bros maakt en vatbaar voor barsten. Het is duidelijk dat waterstofverbrossing aanzienlijke problemen oplevert in termen van het kunnen vertrouwen op de structurele integriteit van bruggen, wolkenkrabbers, vliegtuigen, schepen, enz. In feite leidt dit natuurlijke fenomeen tot een aandoening die bekend staat als catastrofale breuk en is de directe oorzaak van veel mechanische rampen die hebben plaatsgevonden op het land, evenals in de lucht en op zee.
Het proces begint met blootstelling aan waterstof, wat kan optreden terwijl een metaal bepaalde fabricageprocessen ondergaat, zoals galvaniseren. Succesvol plateren is afhankelijk van de voorbereiding van het metaal met een zuurbad voordat het chroomlagen kan opnemen. De elektriciteit die wordt gebruikt tijdens het “beitsen” en plateringsproces initieert een reactie genaamd hydrolyse waarbij watermoleculen worden afgebroken in positief geladen waterstofionen en negatief geladen hydroxide-anionen.
Waterstof is ook een bijproduct van corrosieve reacties, zoals roestvorming. Waterstofafbraak kan ook worden veroorzaakt door de maatregelen die zijn genomen om het te voorkomen, indien onjuist toegepast. Waterstofbrosheid kan bijvoorbeeld soms worden toegeschreven aan kathodische bescherming, die bedoeld is om de corrosieweerstand van gecoat metaal te verhogen door de voor waterstof kwetsbare componenten van het materiaal te modificeren. Dit wordt bereikt door het introduceren van een tegenstroom om het "opofferen" van metalen anoden te veroorzaken die een lager corrosiepotentiaal bezitten dan het metaal zelf. In feite wordt het materiaal gepolariseerd.
Zodra waterstof echter aanwezig is, beginnen afzonderlijke atomen zich door het metaal te verspreiden en hopen ze zich op in kleine ruimtes in de microstructuur, waar ze zich vervolgens hergroeperen om waterstofmoleculen te vormen. De geabsorbeerde waterstof, nu gevangen, begint een ontsnapping te zoeken. Het doet dit door interne druk te creëren, waardoor de waterstof in blaren kan uitkomen die uiteindelijk het metaaloppervlak barsten. Om dit proces tegen te gaan, moet het metaal binnen een uur of minder na het galvaniseren worden gebakken om de ingesloten waterstof uit de plateringslagen te laten ontsnappen zonder scheuren of spanningspunten te creëren.
Hoewel waterstof de meeste metalen kan binnendringen, is bekend dat bepaalde metalen en legeringen gevoeliger zijn voor waterstofverbrossing, namelijk magnetisch staal, titanium en nikkel. Koper, aluminium en roestvrij staal worden daarentegen het minst getroffen. Staal en zuurstofhoudend koper kunnen echter kwetsbaar worden voor verbrossing als ze worden blootgesteld aan waterstofblootstelling onder hoge hitte of druk. Respectievelijk worden deze materialen beïnvloed door waterstofaanval of stoomverbrossing gegenereerd door reacties tussen gehydrateerde moleculen en koolstof- of koperoxiden.