La corrosione da idrogeno, chiamata anche danneggiamento da idrogeno è una corrosione localizzata che si manifesta quando l’idrogeno, allo stato atomico, penetra all’interno del metallo esercitando azioni chimiche e meccaniche tali da danneggiare in modo irreversibile la struttura del metallo.
Le cause ambientali che favoriscono la formazione di idrogeno sono molteplici tra le quali segnaliamo:
-
Presenza di idrogeno per reazioni elettrochimiche come nelle operazioni di decapaggio acido o di lucidatura elettrochimica troppo prolungata.
-
Dissociazione di idrogeno molecolare a causa delle alte temperature:
-
Durante le operazioni di saldatura in presenza di alti tassi di umidità o di giunzioni non perfettamente asciutte (H2O -> 2H2 + O2).
-
Contato con sostanze contenenti idrogeno come nell’industria dell’ammoniaca ( 2NH3 -> N2 + 3H2 ) oppure nell’industria petrolchimica ( reforming CH4 + H2O -> 3H2 + CO ).
La presenza di idrogeno atomico adsorbito dalla superficie del metallo genera una serie di fenomeni corrosivi che in base a svariati motivi possono essere di natura chimica o meccanica tra i quali i più importanti e frequenti sono:
-
Rigonfiamento (blistering) Quando l’idrogeno penetrato nel metallo raggiunge per diffusione una cavità che può essere una soffiatura o una inclusione oppure una semplice imperfezione di saldatura passa allo stato molecolare non essendo presenti nella cavità ioni in grado di contrastarlo. L’accumulo di idrogeno, che non riesce a migrare per diffusione verso l’esterno, e il continuo processo di ricombinazione provoca un rigonfiamento del difetto a causa delle elevatissime pressioni che si vengono a creare. Il continuo afflusso di idrogeno atomico all’interno della cavità favorito dalla continua ricombinazione 2H -> H2 mantiene una concentrazione che favorisce ed alimenta il processo diffusivo portando alla frattura.
-
Decarburazione L’idrogeno che penetra in un acciaio può reagire con la cementite (la cementite è un composto di ferro e carbonio, di formula Fe3C, che contiene una percentuale di carbonio pari a 6,68%) formando metano e ferro decarburato con la reazione esotermica Fe3C + 4H -> 3Fe + CH4. Il ferro con questa reazione occupa un volume inferiore a quello originariamente occupato dalla cementite e quindi oltre a creare delle porosità ove il metano si accumula crea anche delle pressioni elevatissime in quanto il metano non può migrare per diffusione verso l’esterno rimanendo imprigionato.
-
Infragilimento (embrittlement) L’idrogeno atomico a causa delle sue ridotte dimensioni può, in taluni casi, insinuarsi all’interno del reticolo cristallino principale deformandolo e creando delle tensioni interne che aumentano la durezza del materiale diminuendo la sua elasticità e quindi rendendolo meno flessibile e piu fragile. Ne consegue che in presenza di sollecitazioni meccaniche esterne il metallo è meno resistente specialmente alle sollecitazioni a fatica di quanto non lo fosse prima dell’intervento dell’idrogeno.
Per evitare di incorrere nella corrosione da idrogeno, nel caso si operi in ambienti tali da provocarla, è opportuno scegliere quegli acciai che assolvono ad almeno una di queste condizioni:
-
Impiegare acciai poco permeabili all’idrogeno atomico come gli acciai austenitici oppure acciai contenenti elementi ad effetto carburizzante come il Titanio.
-
Controllare che durante i processi di saldatura non ci sia presenza di acqua o sostanze che per dissociazione creino idrogeno.
-
Evitare la presenza di idrogeno atomico in superficie accelerando, se possibile, il processo di ricombinazione operando a temperature sufficientemente elevate per esempio in presenza di acqua a temperature superiori ad almeno 80°C.
-
Durante i processi di decapaggio usare prodotti contenenti i cosiddetti “inibitori da decapaggio” che controllano ed impediscono l’adsorbimento dell’idrogeno da parte del metallo.
