Desentrañando el enigma del agrietamiento del metal por hidrógeno

MadridInvestigadores están cerca de comprender por qué los metales se vuelven frágiles en ambientes ricos en hidrógeno. Este problema, conocido desde mediados del siglo XIX, puede debilitar los metales y poner en riesgo proyectos de infraestructura que los utilizan, especialmente en entornos acuáticos.

Un estudio publicado en Science Advances, liderado por la Dra. Mengying Liu de la Universidad de Washington y Lee, investiga una aleación de níquel de alta resistencia y anticorrosiva llamada Inconel 725. El equipo de investigación también cuenta con expertos de la Universidad Texas A&M. El Dr. Michael J. Demkowicz, profesor en Texas A&M y asesor de doctorado de Liu, es coautor del artículo.

Puntos clave del estudio incluyen:

• Investigación de la formación de grietas en muestras iniciales impecables de Inconel 725
• Refutación de la conocida hipótesis de la plasticidad localizada mejorada por hidrógeno (HELP)
• Seguimiento en tiempo real de la iniciación de grietas y la plasticidad localizada

Una teoría común que explica por qué el hidrógeno hace que los materiales se vuelvan frágiles se conoce como HELP. Esta teoría sostiene que las grietas se originan en las áreas donde el material se deforma más. Sin embargo, un estudio reciente demuestra que esta idea no es aplicable al Inconel 725.

El estudio del Dr. Demkowicz es el primero en observar en tiempo real dónde comienzan las grietas y compararlas con las áreas de tensión en el material. Esta observación en tiempo real es crucial porque examinar muestras después de que se formen las grietas no es efectivo. El hidrógeno se escapa rápidamente de los metales, lo que dificulta el estudio del daño causado por el hidrógeno una vez que este ha desaparecido.

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El uso futuro del hidrógeno como fuente de energía es de suma importancia. El hidrógeno podría reemplazar a los combustibles fósiles, pero esta transición podría debilitar la infraestructura actual de los combustibles fósiles y hacerla vulnerable a fallos. Predecir con precisión esta vulnerabilidad es esencial para evitar averías inesperadas y para mantener la seguridad de los sistemas de hidrógeno.

Los experimentos se realizaron principalmente en Texas A&M. El Dr. Liu llevó a cabo un análisis de datos adicional y redactó el manuscrito en Washington and Lee. Los coautores son Liu, Demkowicz, y Lai Jiang, estudiante doctoral de Texas A&M.

Este estudio desafía ideas previas sobre cómo el hidrógeno vuelve frágil al Inconel 725 y mejora la predicción de este problema. Cuestiona la creencia anterior de que la plasticidad localizada (pequeñas deformaciones) conduce directamente a grietas, cambiando la forma en que los investigadores entienden y estudian este fenómeno.

La observación en tiempo real ha mejorado significativamente nuestra comprensión del fragilización por hidrógeno. Este método también se puede aplicar a otros materiales y situaciones, proporcionando información más clara. El estudio destaca la importancia de la colaboración entre expertos de diferentes campos y el uso de técnicas avanzadas de prueba en la ciencia de materiales.

Comprender mejor la fragilización por hidrógeno permite desarrollar sistemas más seguros y fiables para el almacenamiento y uso del hidrógeno, algo crucial en nuestra búsqueda de opciones energéticas más limpias. Los métodos en tiempo real utilizados en este estudio también podrían tener aplicaciones en otras áreas de la ciencia de materiales, contribuyendo a la creación de materiales más seguros y duraderos.