Les chercheurs de l'Université polytechnique Pierre le Grand de Saint-Pétersbourg (SPbPU) et de l'Institut des problèmes de génie mécanique de l'Académie des sciences de Russie ont étudié la distribution de l'hydrogène dans les métaux dans le cadre d'essais standard de craquage de l'hydrogène. Ils ont découvert qu'il existe un effet de surface qui empêche l'hydrogène de pénétrer dans le métal. Cela peut entraîner des erreurs dans le contrôle de la qualité industrielle du matériel, et à des erreurs fondamentales en termes de recherche scientifique sur la fragilisation par l'hydrogène. La découverte a été publiée dans International Journal of Continuum Mechanics and Thermodynamics .

L'hydrogène influence grandement les propriétés de divers matériaux, ce qui est important pour presque toutes les technologies industrielles. Il peut pénétrer dans le métal en fusion et y rester après solidification. Lors de l'utilisation de pièces métalliques, la saturation en hydrogène se produit en raison de la corrosion, frottement ou déformation plastique. L'eau est la source la plus courante d'hydrogène. Les propriétés des métaux sont considérablement affectées en présence de tout additif. Ils deviennent cassants, fissure, perdre en durabilité. Un seul atome d'hydrogène pour des centaines de milliers d'atomes métalliques suffit, tandis que d'autres impuretés peuvent causer des dommages à des concentrations beaucoup plus élevées. Une faible concentration d'hydrogène est difficile à fixer, ce qui pose des problèmes avec la mesure directe de sa teneur en métaux, en particulier sa distribution au sein de couches métalliques d'une épaisseur de l'ordre du micron. Des mesures indirectes sont généralement utilisées, en particulier, le temps de saturation en hydrogène est normalisé.

Les matériaux de construction sont testés avant utilisation dans des conditions de saturation en hydrogène. Les plus courantes sont la saturation électrochimique d'échantillons métalliques dans une solution d'électrolyte et la saturation dans une solution saline neutre lors du passage de l'hydrogène sulfuré. On considère généralement que ces méthodes fournissent une saturation universelle des échantillons similaire aux conditions naturelles.

Les scientifiques ont déterminé si cela est vrai. Les études ont été réalisées sur un analyseur d'hydrogène industriel à spectrométrie de masse très sensible. Il a été possible de mesurer la distribution des concentrations d'hydrogène dans des échantillons d'acier d'une forme standard en acier inoxydable, tuyau, pont et acier résistant aux intempéries. L'effet de surface a été détecté :Il est basé sur le fait qu'une concentration anormalement élevée d'hydrogène apparaît dans la fine couche de métal à la surface de l'échantillon, qui est des centaines de fois supérieure à la concentration interne en hydrogène. Cette couche superficielle de métal, d'une épaisseur d'environ 50 microns, crée une sorte de "bouclier" qui empêche l'entrée d'hydrogène dans le métal. Un modèle théorique a également été développé en termes de description mathématique de ce phénomène.

"Il s'agit d'un nouveau regard sur les tests industriels de la résistance à l'hydrogène des métaux, appliquée dans de nombreuses méthodes normalisées de contrôle de la qualité. Il s'avère que cela n'est pas équivalent à la saturation réelle en hydrogène qui se produit lors de l'exploitation des pièces métalliques. Cela provoque des erreurs dans l'évaluation des propriétés des métaux. Il est important de comprendre que les alliages modernes à haute résistance sont très sensibles à l'influence de l'hydrogène, des tests supplémentaires et le développement de nouvelles méthodes d'essais industriels sont donc nécessaires, " dit Vladimir Polyansky, professeur de SPbPU. "Nous prévoyons d'étudier dans quelle mesure l'effet de surface que nous avons découvert se manifeste dans des constructions réelles soumises à des charges thermomécaniques, et quelle est la relation entre la saturation en hydrogène du modèle et la fragilité des métaux qui se produit lors d'une exploitation industrielle réelle. »