¿Qué es la fragilización por hidrógeno?

La fragilidad de hidrógeno es un término de ingeniería que se refiere a un compromiso en la resistencia a la tracción de un metal moldeado o aleación debido a una infiltración de hidrógeno gaseoso o atómico. En resumen, las moléculas de hidrógeno que ocupan el metal reaccionan de una manera que hace que el material sea frágil y propenso a agrietarse. Obviamente, la fragilidad por hidrógeno presenta problemas importantes en términos de poder confiar en la integridad estructural de puentes, rascacielos, aviones, barcos, etc. De hecho, este fenómeno natural conduce a una condición conocida como falla por fractura catastrófica y es la causa directa de Muchos desastres mecánicos que han tenido lugar en tierra, así como en el aire y el mar.

El proceso comienza con la exposición al hidrógeno, que puede ocurrir mientras un metal se somete a ciertos procesos de fabricación, como la galvanoplastia. El enchapado exitoso depende de la preparación del metal con un baño ácido antes de que pueda aceptar capas de cromo. La electricidad utilizada durante el proceso de “decapado” y recubrimiento inicia una reacción llamada hidrólisis en la cual las moléculas de agua se descomponen en iones de hidrógeno cargados positivamente y aniones de hidróxido cargados negativamente.

El hidrógeno también es un subproducto de reacciones corrosivas, como la oxidación. La descomposición del hidrógeno también se puede desencadenar por las mismas medidas tomadas para prevenirla, si se aplica incorrectamente. Por ejemplo, la fragilidad del hidrógeno a veces se puede atribuir a la protección catódica, que está destinada a aumentar la resistencia a la corrosión del metal recubierto al modificar los componentes del material vulnerables al hidrógeno. Esto se logra al introducir una corriente opuesta para causar el "sacrificio" de los ánodos metálicos que poseen un potencial de corrosión menor que el metal mismo. En efecto, el material se polariza.

Sin embargo, una vez que el hidrógeno está presente, los átomos individuales comienzan a dispersarse por todo el metal y se acumulan en pequeños espacios en su microestructura, donde luego se reagrupan para formar moléculas de hidrógeno. El hidrógeno absorbido, ahora atrapado, comienza a buscar un escape. Lo hace creando presión interna, lo que permite que el hidrógeno emerja en ampollas que eventualmente rompen la superficie del metal. Para contrarrestar este proceso, el metal debe hornearse dentro de una hora o menos después de la galvanoplastia para permitir que el hidrógeno atrapado escape de las capas de revestimiento sin crear grietas o puntos de tensión.

Si bien el hidrógeno puede invadir la mayoría de los metales, se sabe que ciertos metales y aleaciones son más susceptibles a la fragilidad del hidrógeno, a saber, acero magnético, titanio y níquel. En contraste, el cobre, el aluminio y el acero inoxidable son los menos afectados. Sin embargo, el acero y el cobre que contiene oxígeno pueden volverse vulnerables a la fragilidad si se exponen al hidrógeno a altas temperaturas o presiones. Respectivamente, estos materiales se ven afectados por el ataque de hidrógeno o la fragilidad del vapor generado por las reacciones entre las moléculas hidratadas y los óxidos de carbono o cobre.