Ricercatori individuano il meccanismo sottostante che provoca la rottura delle leghe quando esposte a ambienti ricchi di idrogeno

19 luglio 2024

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di Alyssa Schaechinger, Texas A&M University

Quando si decide quale materiale utilizzare per i progetti di infrastrutture, spesso vengono selezionati metalli per la loro durata nel tempo. Tuttavia, se posti in un ambiente ricco di idrogeno, come l'acqua, i metalli possono diventare fragili e rompersi. Fin dal 19° secolo, questo fenomeno, noto come fragilizzazione da idrogeno, ha stupito i ricercatori per la sua natura imprevedibile. Ora, uno studio pubblicato su Science Advances ci porta un passo più vicini a prevederlo con sicurezza.

Il lavoro è guidato dalla Dott.ssa Mengying Liu della Washington and Lee University in collaborazione con ricercatori della Texas A&M University. Il team ha indagato sulla formazione di crepe in campioni inizialmente senza difetti di una lega a base di nichel (Inconel 725), nota principalmente per la sua resistenza e resistenza alla corrosione. Attualmente ci sono diverse ipotesi di lavoro che cercano di spiegare la fragilizzazione da idrogeno. I risultati di questo studio mostrano che una delle ipotesi più conosciute - plasticità localizzata migliorata dall'idrogeno (HELP) - non è applicabile nel caso di questa lega.

La plasticità, o deformazione irreversibile, non è uniforme in tutto il materiale, ma è invece localizzata in determinati punti. L'HELP ipotizza che le crepe si innescano nei punti con la plasticità localizzata più alta.

"Per quanto ne so, il nostro è il primo studio che effettivamente guarda in tempo reale per vedere dove si innescono le crepe - e non avviene nei punti di plasticità localizzata più elevata," ha detto il coautore Dr. Michael J. Demkowicz, un professore del Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali presso la Texas A&M University e supervisore del dottorato di ricerca di Liu. "Il nostro studio segue sia la plasticità localizzata che i punti di innesco delle crepe in tempo reale."

Seguire in tempo reale l'innesco delle crepe è cruciale. Quando si esamina un campione dopo che è apparsa una crepa, l'idrogeno è già fuoriuscito dal materiale, rendendo impossibile comprendere il meccanismo che ha portato al danneggiamento.

"L'idrogeno si disperde facilmente dai metalli, quindi non puoi capire come indebolisca un metallo osservando campioni dopo che sono stati testati. Devi guardare mentre stai testando," ha detto Demkowicz.

Questo studio aiuta a gettare le basi per una migliore previsione della fragilizzazione da idrogeno. In futuro, l'idrogeno potrebbe sostituire i combustibili fossili come fonte energetica pulita. Se avviene questo cambiamento, tutta l'infrastruttura attualmente utilizzata per conservare e utilizzare i combustibili fossili diventerebbe suscettibile alla fragilizzazione da idrogeno. Prevedere la fragilizzazione è fondamentale per prevenire fallimenti imprevisti, rendendo possibile un'economia futura dell'idrogeno.

Gli esperimenti per questo studio, così come l'analisi preliminare dei dati, sono stati condotti presso la Texas A&M, con Liu che fornisce ulteriori valutazioni dei dati e preparando il manoscritto presso la Washington and Lee. Questo articolo è coautore di Liu, Demkowicz e lo studente di dottorato della Texas A&M Lai Jiang.

Maggiori informazioni: Mengying Liu et al, Ruolo dello scorrimento nell'innesco delle crepe assistito dall'idrogeno in una lega a base di Ni 725, Science Advances (2024). DOI: 10.1126/sciadv.ado2118

Informazioni sulla rivista: Science Advances

Fornito da Texas A&M University