Hidrojen Gevrekliği

Basınçlı hidrojen tankının hidrojen destekli yorulması; Maliyet $50M

σ H2(gas) - Temel Mekanizma Çatlak ucu Look, applied stress at a crack.

σ σ H2(gaz) Ayrışan kimyasal soğurma Fiziksel soğurma (adsorsiyonu) On the crack surface, hydrogen gas will physisorb near the crack tip. The hydrogen gas then breaks into atomic hydrogen via chemiadsorption σ

σ σ H2(gaz) Hidrojen Difüzyonu and the atomic hydrogen will preferentially migrate towards the region of localized maximum stress in front of the crack tip. At this point, the hydrogen is suspected to weaken the metal bonds and may coalesce to form microvoids leading the crack tip. Both possibilities reduce the energy necessary to form brittle crack surfaces. σ

σ σ σ σmax H2(gaz) x - Ayrışma Teorisi Failure caused by hydrogen embrittlement is usually accompanied by very little plastic deformation. The fracture mode is usually brittle cleavage or quasi-cleavage fracture. In general, materials become more vulnerable to hydrogen embrittlement with increased strength. This behavior is supported by the decohesion theory of embrittlement. Decohesion theory states that dissolved hydrogen migrates into a triaxially stressed region and embrittles the lattice by lowering the cohesive strength between metal atoms. This type of fracture is shown in Figure 2a above. During stress cracking, in front of a crack tip there is a localized region where stress is a maximum. σ

Çatlak Doğrultusu Gerilme seviyesinini bir fonksiyonu olarak hidrojen gevrekliğinini şematik gösterimi; a) Yüksek K seviyesinde mikroboşlukların birleşmesi, b) Orta K seviyesinde quasiklivaj mekanizmasıyla transgranüler kırılma c) Düşük K seviyesinde intergranüler kırılma

Bir korozyon çukurunda başlayan hidrojen çatlağı Klivaj kırılma, hidrojen klivaj için kritik çekme gerilmesini azaltır.

Azalan yüzey enerjisi teorisi Hidrojenin absorsiyonu metalin serbest yüzey enerjisini azaltır. Çatlak ucunun ilerlemesi artar. Düzlem basınç teorisi Katılaşma esnasında metal hidrojenle yüklendiği zaman oluşur Yüksek basınçlı hidrojen mikroboşluklar oluşturur. Aynı mekanizma hidrojenle kabarcık oluşmunda geçerlidir. Genel eğilimler Azalan gerinme hızı ile kırılganlık eğilimi artar. Oda sıcaklığında daha çok görülür Artan sıcaklıkla kırılganlık eğilimi azalır.

Kabarcık Oluşturan Hidrojen - Temel Mekanizma H2(gaz) Fiziksel absorpsiyon

H2(gas) Ayrışan kimyasal absorpsiyon

H2(gas) Hidrojen difüzyonu Metal içerisine hidrojen absorbe olduğu zaman, iç kısımlara difüze olur ve moleküler hidrojen gibi çökelir. H2(gas) Hidrojen difüzyonu

H2(gaz) Kabarcık oluşumu Çatlak metalin altında olduğunda, metalin üst yüzeyi kamburlaşır. Çoğu zaman düşük mukavemetli alaşımlarda ve metallerde görülür. H2(gaz) Kabarcık oluşumu

İç Kısımlarda Hidrojenin Çökelmesi İşlem esnasında sıcak metal… Hidrojen yüksek sıcaklıklarda difüze olur Metal soğur ….. Hidrojen hapsolur!

İşlem esnasında sıcak metal… Vakum altında uzun süreli tavlama… Çözünürlük azalırken hidrojen difüze olabilir.

Hidrojen Atağı Hidrojen metan oluşturmak için karbürlerle reaksiyona girer.

Metan baloncuklar tane sınırlarında oluşur.

Çatlak oluşturmak için baloncuklar birleşir Çatlak oluşturmak için baloncuklar birleşir. Tane sınırlarında dekarbürizasyon, tane sınırlarında çatlaklar ve gömülmüş metan baloncuklar sebep olur.

Çatlak Oluşturan Hidrür (Hidrojenle diğer bir unsurun birleşimi) Ti

Ti

Ti

Ti

Titanyum boru, 5 yıllık çalışma sonrası hasar uğramış