Decifrare il mistero della fragilità dei metalli in ambienti ricchi di idrogeno

RomeI ricercatori sono vicini a comprendere il motivo per cui i metalli diventano fragili in ambienti ricchi di idrogeno. Questo problema, noto fin dalla metà del XIX secolo, può indebolire i metalli e mettere a rischio i progetti infrastrutturali che li utilizzano, specialmente in ambienti umidi.

Uno studio pubblicato su Science Advances, guidato dalla Dr.ssa Mengying Liu della Washington and Lee University, esplora una lega di nichel chiamata Inconel 725, notevole per la sua resistenza e resistenza alla corrosione. Il team di ricerca include anche esperti della Texas A&M University. Tra questi, il professor Michael J. Demkowicz, docente alla Texas A&M e supervisore di dottorato della Liu, è coautore dell'articolo.

Punti salienti dello studio:

• Analisi della formazione di crepe in campioni inizialmente privi di difetti di Inconel 725
• Smentita della nota ipotesi dell'effetto HELP (hydrogen enhanced localized plasticity)
• Monitoraggio in tempo reale dell'inizio delle crepe e della plasticità localizzata

Un'ipotesi comune su come l'idrogeno renda fragili i materiali è nota come HELP. Secondo questa teoria, le crepe iniziano nelle zone dove il materiale si deforma di più. Tuttavia, un nuovo studio dimostra che questa spiegazione non è valida per l'Inconel 725.

Lo studio del Dr. Demkowicz è il primo a osservare in tempo reale dove si iniziano a formare le crepe e a correlare queste aree con i punti di stress nel materiale. Questa osservazione in tempo reale è cruciale perché analizzare i campioni dopo la formazione delle crepe non è efficace. L'idrogeno lascia i metalli rapidamente, rendendo difficile studiare come abbia causato il danno una volta scomparso.

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L'uso futuro dell'idrogeno come fonte energetica riveste un'importanza fondamentale. L'idrogeno potrebbe sostituire i combustibili fossili, ma questa transizione potrebbe rendere l'infrastruttura attuale basata sui combustibili fossili vulnerabile e soggetta a guasti. Prevedere accuratamente questa fragilità è essenziale per evitare interruzioni improvvise e per mantenere sicuri i sistemi a idrogeno.

Gli esperimenti si sono svolti principalmente presso la Texas A&M University. Il Dott. Liu ha effettuato ulteriori analisi dei dati e ha redatto il manoscritto presso la Washington and Lee University. Gli autori del lavoro sono Liu, Demkowicz e Lai Jiang, dottoranda della Texas A&M University.

Questo studio mette in discussione le precedenti idee su come l'idrogeno renda fragile l'Inconel 725 e aiuta a prevedere meglio questo problema. Sfida la convinzione precedente che la plasticità localizzata (piccole modifiche nella forma) conduca direttamente alle crepe, cambiando il modo in cui i ricercatori comprendono e studiano questa questione.

L'osservazione in tempo reale ha notevolmente migliorato la nostra comprensione dell'imfragilimento da idrogeno. Questo approccio può essere utilizzato anche per altri materiali e contesti, offrendo informazioni più precise. Lo studio dimostra l'importanza della collaborazione tra esperti di diverse discipline e l'uso di metodi di test avanzati nella scienza dei materiali.

Comprendere meglio il fenomeno della fragilità da idrogeno porta a sistemi di stoccaggio e utilizzo dell'idrogeno più affidabili e sicuri. Questo è cruciale mentre cerchiamo opzioni energetiche più pulite. I metodi in tempo reale studiati potrebbero essere utili anche in altre aree della scienza dei materiali, creando materiali più sicuri e duraturi.