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Domanda


Vorrei chiarimenti e dettagli riguardo la Corrosione da Idrogeno in generale con particolare riferimento all'Infragilimento da Idrogeno.


Risposta


L’idrogeno atomico può causare diversi tipi di danneggiamento. Uno di questi  è  l’infragilimernto da idrogeno. A sua volta l’infragilimento da idrogeno  si presenta in diversi modi.


1. Anzitutto l'idrogeno atomico, può essere generato in piccole quantità  dal processo catodico di fenomeni corrosivi  e può causare cricche  nei materiali metallici soggetti a sollecitazioni di trazione.  Questo primo tipo di infragilimento  rientra in quella che viene in genere detta corrosione sotto sforzo. In questo tipo di infragilimento il danneggiamento si manifesta come avanzamento di cricche nel materiale. Queste avanzano in modo discontinuo per successive rotture meccaniche delle regioni in corrispondenza al loro apice che vengono infragilite dall’idrogeno atomico prodotto dal processo catodico sulle  pareti delle cricche.  L’idrogeno atomico penetra nel materiale e tende a concentrarsi proprio nella zona più sollecitata che quella posta davanti all’apice delle cricche. Lì blocca il movimento delle dislocazioni e riduce le forze interatomiche di coesione rendendo fragile il materiale. Se la quantità di idrogeno e gli sforzi di trazione sono sufficientemente elevati si ha rottura del materiale  per cui la cricche avanzano.

 

2.  In altri casi l’infragilimento deriva dall’idrogeno atomico  che si produce  alla superficie metallica durante i trattamenti galvanici (cromatura, zincatura, fosfatazione) e durante i pretrattamenti (decapaggi chimici o elettrochimici acidi o alcalini) o nei processi di saldatura effettuati in presenza d’acqua.
 Subiscono questo tipo di infragilimento soprattutto gli acciai ferritici ad alta resistenza. Penetrando in questi  metalli l'idrogeno atomico viene ad occupare una posizione interstiziale che produce un certo spostamento degli atomi che lo circondano, per cui si ha distorsione della cella elementare cubica a corpo centrato. Tale distorsione risulta proporzionale alla quantità di idrogeno presente nel metallo. Inoltre l'atmosfera di idrogeno, che circonda le dislocazioni presenti nell'acciaio, ne blocca o ne rallenta il movimento, cui è legata la sua possibilità di deformarsi plasticamente, e quindi lo infragilisce. In questo caso è di tipo reversibile perché scompare allontanando l'idrogeno dal materiale.
 
3. L’infragilimento dei metalli tipo titanio o zirconio è invece dovuto a cause  diverse: cioè l’idrogeno si lega chimicamente al metallo con  formazione di idruri che provocano la frattura fragile del materiale lungo le interfacce matrice-idruri.

 

Esistono anche altri tipi di danneggiamento causati dall’idrogeno atomico. .Ad esempio se l'idrogeno atomico passa ad idrogeno molecolare nei microvuoti e nei difetti, sempre presenti all'interno dei materiali, può creare localmente valori di pressione tanto elevati da provocare alterazioni strutturali con formazione di cricche o addirittura con sollevamenti del materiale. Si parla ancora di infragilimento nel primo caso e di rigonfiamento (blistering) nel secondo; ambedue ovviamente irreversibili. Altri effetti irreversibili si possono produrre a temperature elevate dove l'idrogeno atomico può combinarsi con il carbonio dando origine a metano. Se questo fenomeno avviene alla superficie del materiale il metano si libera verso l’ambiente esterno lasciando la superficie dell’acciaio decarburata; se invece avviene internamente, il metano rimane intrappolato e, analogamente all'idrogeno molecolare, crea forti pressioni interne portando alla formazione di cricche o di rigonfiamenti con riduzione in ogni caso della resistenza a rottura e a fatica e delle caratteristiche di scorrimento viscoso. In questo caso si parla di attacco da idrogeno (hydrogen attack).

Per approfondimenti si consiglia il testo:


Pietro Pedeferri, Corrosione e protezione dei materiali,  Volume II,  Ed. Polipress, Milano, in libreria da settembre 2007


Prof. Pietro Pedeferri
 

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