Kaj je vodikova krhkost?

Vodikova krhkost je inženirski izraz, ki se nanaša na kompromis natezne trdnosti oblikovane kovine ali zlitine zaradi infiltracije plinastega ali atomskega vodika. Skratka, molekule vodika, ki zasedajo kovino, reagirajo na način, zaradi katerega je material krhek in nagnjen k razpokanju. Očitno vodikova krhkost predstavlja velike težave v smislu, da se lahko zanesemo na strukturno celovitost mostov, nebotičnikov, letal, ladij itd. Dejansko ta naravni pojav vodi v stanje, znano kot katastrofalna odpoved zloma, in je neposreden vzrok za številne mehanske nesreče, ki so se zgodile na kopnem, pa tudi v zraku in morju.

Postopek se začne z izpostavljenostjo vodiku, ki se lahko pojavi, ko je kovina podvržena določenim proizvodnim postopkom, kot je galvanizacija. Uspešna prevleka je odvisna od priprave kovine s kislinsko kopeljo, preden lahko sprejme plasti kroma. Električna energija, ki se uporablja med procesom “kakiranja” in prevleke, sproži reakcijo, imenovano hidroliza, v kateri se molekule vode razgradijo na pozitivno nabite vodikove ione in negativno nabite hidroksidne anione.

Vodik je tudi stranski produkt korozivnih reakcij, kot je rjavenje. Razgradnjo vodika lahko sprožijo tudi sami ukrepi za preprečevanje, če se nepravilno uporablja. Na primer, vodikovo krhkost je včasih mogoče pripisati katodni zaščiti, ki je namenjena povečanju odpornosti proti koroziji prevlečene kovine s spreminjanjem komponent materiala, ki so občutljive na vodik. To dosežemo z uvajanjem nasprotnega toka, ki povzroči “žrtvovanje” kovinskih anod, ki imajo nižji korozijski potencial kot kovina sama. Dejansko se material polarizira.

Ko pa je vodik prisoten, se posamezni atomi začnejo razpršiti po kovini in se kopičijo v majhnih prostorih v njeni mikrostrukturi, kjer se nato ponovno združijo v molekule vodika. Absorbirani vodik, ki je zdaj ujet, začne iskati pobeg. To naredi tako, da ustvari notranji tlak, ki vodiku omogoča, da se pojavi v mehurjih, ki sčasoma razpokajo površino kovine. Da bi preprečili ta proces, je treba kovino peči v eni uri ali manj po galvanizaciji, da ujeti vodik uide iz plasti prevleke, ne da bi ustvaril razpoke ali napetostne točke.

Medtem ko lahko vodik prodre v večino kovin, je znano, da so nekatere kovine in zlitine bolj dovzetne za vodikovo krhkost, in sicer magnetno jeklo, titan in nikelj. Nasprotno pa so baker, aluminij in nerjaveče jeklo najmanj prizadeti. Vendar pa lahko jeklo in baker, ki vsebuje kisik, postaneta občutljiva na krhkost, če je izpostavljena vodiku pod visoko toploto ali tlakom. Na te materiale vpliva vodikov napad ali parna krhkost, ki nastane zaradi reakcij med hidratiziranimi molekulami in ogljikovimi ali bakrovimi oksidi.