Что такое водородное охрупчивание?

Водородное охрупчивание - это инженерный термин, который относится к компромиссу в прочности на разрыв формованного металла или сплава из-за проникновения газообразного или атомарного водорода. Короче говоря, молекулы водорода, занимающие металл, реагируют таким образом, что делает материал хрупким и склонным к растрескиванию. Очевидно, что водородное охрупчивание представляет значительные проблемы с точки зрения способности полагаться на структурную целостность мостов, небоскребов, самолетов, кораблей и т. Д. Фактически, это естественное явление приводит к состоянию, известному как катастрофическое разрушение трещины, и является прямой причиной много механических катастроф, которые произошли на суше, а также в воздухе и на море.

Процесс начинается с воздействия водорода, который может происходить, когда металл подвергается определенным производственным процессам, таким как гальванизация. Успешное покрытие зависит от подготовки металла в кислотной ванне, прежде чем он сможет принять слои хрома. Электричество, используемое в процессе «травления» и нанесения покрытия, инициирует реакцию, называемую гидролизом, при которой молекулы воды распадаются на положительно заряженные ионы водорода и отрицательно заряженные анионы гидроксида.

Водород также является побочным продуктом коррозийных реакций, таких как ржавчина. Разложение водорода также может быть вызвано теми же мерами, которые предпринимаются для его предотвращения в случае неправильного применения. Например, водородное охрупчивание иногда можно отнести к катодной защите, которая предназначена для повышения коррозионной стойкости металла с покрытием путем модификации уязвимых к водороду компонентов материала. Это достигается путем подачи противоположного тока, чтобы вызвать «жертву» металлических анодов, которые обладают более низким потенциалом коррозии, чем сам металл. Фактически материал становится поляризованным.

Однако, когда водород присутствует, отдельные атомы начинают рассеиваться по всему металлу и накапливаться в крошечных пространствах в его микроструктуре, где они затем перегруппируются с образованием молекул водорода. Поглощенный водород, теперь захваченный, начинает искать выход. Это достигается путем создания внутреннего давления, которое позволяет водороду появляться в пузырьках, которые в конечном итоге растрескивают поверхность металла. Чтобы противодействовать этому процессу, металл должен быть подвергнут обжигу в течение часа или меньше после гальванического покрытия, чтобы захваченный водород мог выйти из слоев покрытия, не создавая трещин или точек напряжения.

Хотя водород может проникать в большинство металлов, известно, что некоторые металлы и сплавы более восприимчивы к водородному охрупчиванию, а именно магнитная сталь, титан и никель. Напротив, медь, алюминий и нержавеющая сталь подвержены меньшему воздействию. Однако сталь и кислородсодержащая медь могут стать уязвимыми для охрупчивания, если подвергаться воздействию водорода под воздействием высоких температур или давления. Соответственно, на эти материалы воздействует воздействие водорода или паровое охрупчивание, возникающее в результате реакций между гидратированными молекулами и оксидами углерода или меди.