L’infragilimento da idrogeno è un termine tecnico che si riferisce a un compromesso nella resistenza alla trazione di un metallo o di una lega stampata a causa di un’infiltrazione di idrogeno gassoso o atomico. In breve, le molecole di idrogeno che occupano il metallo reagiscono in un modo che rende il materiale fragile e soggetto a rotture. Ovviamente, l’infragilimento da idrogeno presenta notevoli problemi in termini di poter contare sull’integrità strutturale di ponti, grattacieli, aeroplani, navi, ecc. Infatti, questo fenomeno naturale porta ad una condizione nota come rottura catastrofica per frattura ed è la causa diretta di molti disastri meccanici che si sono verificati a terra, così come in aria e in mare.
Il processo inizia con l’esposizione all’idrogeno, che può verificarsi mentre un metallo subisce determinati processi di fabbricazione, come la galvanica. Il successo della placcatura si basa sulla preparazione del metallo con un bagno acido prima che possa accettare strati di cromo. L’elettricità utilizzata durante il processo di “decapaggio” e placcatura avvia una reazione chiamata idrolisi in cui le molecole d’acqua vengono scomposte in ioni idrogeno con carica positiva e anioni idrossido con carica negativa.
L’idrogeno è anche un sottoprodotto di reazioni corrosive, come la ruggine. La decomposizione dell’idrogeno può essere innescata anche dalle stesse misure adottate per prevenirla, se applicate in modo improprio. Ad esempio, l’infragilimento da idrogeno può talvolta essere attribuito alla protezione catodica, che ha lo scopo di aumentare la resistenza alla corrosione del metallo rivestito modificando i componenti vulnerabili all’idrogeno del materiale. Ciò si ottiene introducendo una corrente contraria per provocare il “sacrificio” di anodi metallici che possiedono un potenziale di corrosione inferiore rispetto al metallo stesso. In effetti, il materiale diventa polarizzato.
Una volta che l’idrogeno è presente, tuttavia, i singoli atomi iniziano a disperdersi in tutto il metallo e si accumulano in piccoli spazi nella sua microstruttura, dove poi si raggruppano per formare molecole di idrogeno. L’idrogeno assorbito, ora intrappolato, comincia a cercare una via di fuga. Lo fa creando una pressione interna, che consente all’idrogeno di emergere in bolle che alla fine incrinano la superficie del metallo. Per contrastare questo processo, il metallo deve essere cotto entro un’ora o meno dopo la galvanica per consentire all’idrogeno intrappolato di sfuggire agli strati di placcatura senza creare crepe o punti di stress.
Sebbene l’idrogeno possa invadere la maggior parte dei metalli, è noto che alcuni metalli e leghe sono più suscettibili all’infragilimento da idrogeno, in particolare l’acciaio magnetico, il titanio e il nichel. Al contrario, rame, alluminio e acciaio inossidabile sono i meno colpiti. Tuttavia, l’acciaio e il rame contenente ossigeno possono diventare vulnerabili all’infragilimento se sottoposti a esposizione all’idrogeno a calore o pressione elevati. Rispettivamente, questi materiali risentono dell’attacco dell’idrogeno o dell’infragilimento da vapore generato da reazioni tra molecole idrate e ossidi di carbonio o rame.