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Fragilização por hidrogênio em metais

A fragilização por hidrogênio é um problema bastante significativo na medida em que reduz a confiabilidade e a dureza do metal.

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Fragilização por hidrogênio em metaisA fragilização pelo hidrogênio é um termo que se refere a um comprometimento da propriedade de resistência à tração própria de um metal moldado ou de uma liga metálica, devido a uma infiltração de gases ou átomos de hidrogênio. Em suma, as moléculas de hidrogênio ocupam as moléculas do metal, de modo que ele reage e se torna um material mais frágil e propenso a rachaduras. Obviamente, a fragilização de hidrogênio é um problema bastante significativo na medida em que reduz a confiabilidade e a dureza do metal, afetando a integridade estrutural de pontes, grandes construções, arranha-céus, aviões, navios, etc. Em verdade, esse fenômeno natural leva a uma condição conhecida como insuficiência de fratura catastrófica e é a causa direta da muitos desastres mecânicos que ocorrem com certos equipamentos ou estruturas metálicas.

O processo começa com a exposição a hidrogênio, que pode ocorrer enquanto um metal sofre determinados processos de fabricação, tais como a galvanoplastia. O sucesso do processo de chapeamento depende de preparação do metal com um banho de ácido antes que ele possa receber algumas camadas de cromo. A eletricidade é utilizada durante este método de decapagem; em seguida, se inicia o processo de revestimento, gerando uma reação chamada hidrólise, na qual as moléculas de água são quebradas em íons de hidrogênio carregados positivamente e carregada negativamente de hidróxido de ânions.

O hidrogênio também é um subproduto de reações corrosivas, como, por exemplo, a ferrugem. A decomposição de hidrogênio pode ser desencadeada igualmente pelas mesmas medidas tomadas para evitar a corrosão do metal e seu conseqüente enfraquecimento, quando são mal aplicadas. Por exemplo, a fragilização de hidrogênio muitas vezes é atribuída à proteção catódica, que se destina a aumentar a resistência à corrosão do metal revestido, modificando os componentes mais vulneráveis da matéria e ampliando sua proteção contra o hidrogênio. Isto é conseguido através da introdução de uma corrente oposta para fazer anular as influências dos anodos metálicos que possuem um menor potencial de corrosão do que o metal em si. Com efeito, o material torna-se polarizado.

Fragilização por hidrogênioUma vez que o hidrogênio está presente, porém, os átomos individuais começam a se dispersar em todo o metal e se acumulam em espaços minúsculos em sua microestrutura, onde então se reagrupam para formar moléculas de hidrogênio. O hidrogênio absorvido, agora retido, começa a procurar uma forma de escape. Ele faz isso ao provocar uma pressão interna, que permite ao hidrogênio emergir em bolhas que, eventualmente, se quebram na superfície do metal. Para combater esse processo, o metal deve ser recozido dentro de uma hora ou menos após passar pela galvanização. Esse processo permite que o hidrogênio aprisionado escape das camadas de revestimento, sem criar fissuras ou pontos de tensão.

Enquanto o hidrogênio pode penetrar na maioria dos metais, alguns tipos de metais e ligas são conhecidos por serem mais suscetíveis à fragilização por hidrogênio, sendo eles o aço magnético, o titânio e o níquel. Em contraste, o cobre, o alumínio e o aço inoxidável são menos acometidos. No entanto, o aço e cobre contendo o oxigênio podem se tornar vulneráveis à fragilização quando sujeitos à exposição de hidrogênio em alta temperatura ou pressão elevada. Respectivamente, esses materiais são impactados pelo ataque do hidrogênio ou pela fragilização em decorrência do vapor gerado por reações entre as moléculas de hidrogênio e de carbono ou pelos óxidos de cobre.


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