A la hora de decidir qué material utilizar para proyectos de infraestructura, a menudo se eligen metales por su durabilidad. Sin embargo, si se colocan en un entorno rico en hidrógeno, como el agua, los metales pueden volverse frágiles y fallar. Desde mediados del siglo XIX, este fenómeno, conocido como fragilización por hidrógeno, ha desconcertado a los investigadores por su naturaleza impredecible. Ahora, un estudio publicado en Avances científicos Nos acerca un paso más a predecirlo con confianza.
El trabajo está dirigido por el Dr. Mengying Liu de la Universidad Washington y Lee en colaboración con investigadores de la Universidad Texas A&M. El equipo investigó la formación de grietas en muestras inicialmente impecables y sin grietas de una aleación a base de níquel (Inconel 725), que es principalmente conocida por su fuerza y resistencia a la corrosión. Actualmente existen varias hipótesis de trabajo que intentan explicar la fragilización por hidrógeno. Los resultados de este estudio muestran que una de las hipótesis más conocidas -plasticidad localizada mejorada por hidrógeno (HELP)- no es aplicable en el caso de esta aleación.
La plasticidad, o deformación irreversible, no es uniforme en todo el material, sino que se localiza en ciertos puntos. HELP plantea la hipótesis de que las grietas se inician en los puntos con la plasticidad localizada más alta.
«Hasta donde yo sé, el nuestro es el primer estudio que analiza en tiempo real dónde se inician las grietas, y no en los lugares de mayor plasticidad localizada», dijo el coautor Dr. Michael J. Demkowicz, profesor del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad Texas A&M y asesor de doctorado de Liu. «Nuestro estudio rastrea tanto la plasticidad localizada como los lugares de inicio de las grietas en tiempo real».
Es fundamental realizar un seguimiento en tiempo real de la aparición de grietas. Al examinar una muestra después de que haya aparecido una grieta, el hidrógeno ya se ha escapado del material, lo que hace imposible comprender el mecanismo que provocó el daño.
«El hidrógeno se escapa fácilmente de los metales, por lo que no se puede determinar qué hace que un metal se vuelva quebradizo examinando las muestras después de haberlas analizado. Hay que observar mientras se están realizando las pruebas», dijo Demkowicz.
Este estudio ayuda a sentar las bases para predecir mejor la fragilización por hidrógeno. En el futuro, el hidrógeno podría reemplazar a los combustibles fósiles como fuente de energía limpia. Si se produce este cambio, toda la infraestructura que se utiliza actualmente para almacenar y utilizar combustibles fósiles se volvería susceptible a la fragilización por hidrógeno. Predecir la fragilización es crucial para evitar fallos inesperados y hacer posible una futura economía basada en el hidrógeno.
Los experimentos para este estudio, así como el análisis preliminar de los datos, se llevaron a cabo en Texas A&M, y Liu se encargó del análisis posterior de los datos y de la preparación del manuscrito en Washington y Lee. Este artículo es coautor de Liu, Demkowicz y Lai Jiang, estudiante de doctorado de Texas A&M.