آسیب هیدروژنی
آسیب هیدروژنی ( عبارت است از خسارات و آسیب های مکانیکی وارد بر فلز که به علت حضور هیدروژن با واکنش متقابل آن با فلز ایجاد می شود. این گونه صدمات معمولا به سه حالت اتفاق می افتد. هیدروژن به روش‌های گوناگونی می‌تواند روی سطح یک فلز ایجاد شود و به دلیل کوچکی اندازه‌اش به آسانی می‌تواند به درون فلز نفوذ کند. این پدیده بیشتر در فولادها نمایان است.
تردی هیدروژنی حالتی است که در آن جذب و نفوذ هیدروژن موجب تردی، شکنندگی و کاهش قابلیت انعطاف فلز می‌گردد، که غالبا در فولادهای تنش‌دار اتفاق می‌افتند، در محیط های آبی و طی واکنش های خوردگی مثلا در زنگ زدگی معمولی، حفاظت کاتدی، آب‌کاری با عملیات
اسیدشویی، ممکن است هیدروژن در سطح فلز به وجود آید. قسمتی از هیدروژن های اتمی در سطح فلز با هم ترکیب می شود و تولید گاز هیدروژن می نماید، که وارد محیط عمل می گردد قسمتی دیگر جذب فلز می شود و در صورتی که فلز تحت تنش های کششی باشد، شکنندگی هيدروژنی اتفاق می‌افتد، ترک‌هایی که در اثر این پدیده تولید می شود ممکن است مرز دانه‌ای یا داخل‌دانه‌ای باشد و تشخیص این که ترک خوردگی تنشی یا تردی هیدروژنی اتفاق افتاده است، بسیار دشوار است. در دماهای معمولی اتم های هیدروژن به شبکه‌ی فلزی و داخل دانه ها نفوذ می کند، به طوری که با با ناخالصی های موجود مخلوط می گردد و با جذب مراکز ضعف شبکه می شود، و در صورتی که در این حالت ترک‌های تنشی نیز ایجاد شود، مسیر ترک‌ها به صورت داخل دانه ای خواهد بود. در دماهای بالا هیدروژن جذب شده در فلز در مرز دانه ها متمرکز می شود و ترک های ناشی از تنش به صورت مرزدانه‌ای انجام خواهد گرفت. پدیده‌ای است که در فولادهای با استحکام بالا دیده می‌شود و در اثر آن استحکام کششی فولاد کاهش زیادی می‌یابد. حضور مواد شیمیایی در محیط، تأثیر زیادی بر روی تردی هیدروژنی دارد. مثلا وجود سدیم کرومات سبب کند شدن جذب با تفود هيدروژن می شود، در حالی که وجود سدیم سیلیکات باعث ازدیاد جذب می گردد. همچنین وجود هيدروژن سولفوره با ترکیبات آرسنیک باعث کند شدن با مسموم شدن مرحله تشکیل مولکول های هیدروژن (بی ضرر) در سطح فلز می گردد و در نتیجه موجب افزایش تردی هیدروژنی می شود.
حساسیت به نبرد با افزایش مقاومت کششی فلز افزایش می یابد. به طوری که در فولادهای معمولی و کم آلیاژ که مقاومت تسلیم آنها کمتر از ۶۰,۰۰۰psi است به ندرت اتفاق می افتد و به همین دلیل است که در مورد فولادهای با مقاومت کششی بالاتر از ۲۶۰,۰۰۰psi، انجام عملیات جرم زدایی شیمیایی که ضمن آن هیدروژن اتمی تولید می شود، مناسب نمی‌باشد. حلالیت هیدروژن در ساختار بلوری رخ‌مرکزدار (FCC) بیشتر از هسته‌مرکزدار (BCC) است. از این رو اگر به دلیلی مانند جوشکاری یا عملیات گرمایی، فولاد وارد منطقه آستنیت که ساختارش رخ‌مرکزدار (FCC) شود، هیدروژن زیادی می‌تواند در آن حل شود و پس از سرمایش و تبدیل ساخار به هسته‌مرکزدار (BCC)، هیدروژن بایستی از حلالیت برون شود و به مرزدانه برود که این در فولاد تردی ایجاد می‌کند.
هیدروژن در مرزدانه، تمرکز تنش ایجاد می‌کند. عنصرهای آلیاژی نیز می‌توانند با هیدروژن در مرزدانه ترکیب شده و فاز ترد ایجاد کنند.
تاول‌زدگی هیدروژنی به دلیل نفوذ هیدروژن اتمی به درون فضاهای خالی فلز مانند حفره‌های شکل‌گرفته هنگام انجماد، فضای بین ناخالصی و زمینه یا هرگونه فضای دیگری نفوذ کند و با ترکیب با یک اتم دیگر هیدروژن، مولکول شود و اندازه آن افزایش یابد و در فلز بادکردگی و تمرکز تنش ایجاد کند. اگر این رویداد نزدیک رویهٔ فلز باشد، رویه تاول می‌زند و با ترکیدن آن، فلز تخریب می‌شود. این خسارت ناشی از نفوذ و رسوخ هیدروژن به داخل فلز می باشد. تشکیل هیدروژن در سطوح کاتدی پیل های خوردگی و یا در عملیات حفاظت کاتدی صورت می‌گیرد. معمولا هیدروژن در بدو تولید به صورت اتمی می باشد. بخشی از این اتم ها یا با اکسیژن موجود وارد ترکیب می شود و تولید آب می نماید و یا با سایر یون‌ها ترکیب می شود و ترکیبات دیگری به وجود می آورد، به علاوه قسمتی از اتم های هیدروژن در فلز نفوذ می کند و در آن حل می شود، ولی قسمتی دیگر با هم ترکیب می شود و تولید هیدروژن مولکولی با گازی را می نماید، که در این صورت منجر به پدیده‌ی "تاول هیدروژنی" می گردد. برعكس هیدروژن اتمی، هیدروژن مولکولی نمی‌تواند در فلز رسوخ نماید. در نتیجه ی تولید هیدروژن مولکولی در داخل فولاد فشار زیادی در آن منطقه ایجاد می شود که در نهایت منجر به تاول زدن یا شکافتگی فولاد می گردد و خسارات شدیدی را باعث می شود، و چون این عمل غیر مترقبه و ناگهانی است اغلب فاجعه انگیز می باشد. برخی از مواد از جمله یون های سولفور، سیانور، فسفر و ترکیبات ارسنیک سبب کاهش میزان احياء یون های هیدروژن می گردد که در نتیجه احتمال نفوذ به داخل فلز افزایش می یابد.
این نوع خسارت در كاتد پیل های خوردگی معمولی فقط در شرایط استثنایی ممکن است ایجاد شود، ولی در سیستم های حفاظت کاتدی در بعضی شرایط رخ می دهد.
زدایش کربن عبارت است از جدا شدن کربن موجود در فولاد که اغلب توسط هیدروژن مرطوب و در دماهای بالا صورت می گیرد، و با ایجاد این پدیده، مقاومت کششی فولاد کاهش می یابد. در اغلب موارد گاز هیدروژن همراه با بخار آب می باشد که می تواند طبق رابطه‌ی زیر سبب زدایش کربن از فولاد گردد:
C(Fe) + H2O <=» H2 + CO
کربن موجود در فولاد که با به صورت محلول است و با به صورت کربور همراه فولاد می باشد.
کربورها و کربن موجود، با بخار آب وارد فعل و انفعال شده و تولید هیدروژن و مونوکسید کربن می نماید. سرعت و جهت این واکنش بستگی به فعالیت کربن موجود در آلیاژ و نیز به نسبت بخار آب، مونواکسید کربن و هیدروژن موجود در محیط دارد.
اگر فولادها در دماهای بالا در معرض هیدروژن قرار گیرد، واکنش زیر صورت می گیرد:
C(Fe) + 2H2 <=> CH4
که در واقع کربن یا کربور موجود در فولادها، در نتیجه ی فعل و انفعال با هیدروژن، تولید متان می نماید. از آن جایی که هیدروژن اتمی به سهولت در فولادها نفوذ می‌کند. لذا به علت تولید متان در شرایط مناسب و در نقاط داخلى فلز، منجر به ترک خوردگی می گردد. با اضافه نمودن کروم و مولیبدن به فولادها، مقاومت آنها در برابر ترک خوردگی و زادیش کربن افزایش می یابد.
دی اکسید کربن (CO) و سایر گاز های کربن دار طی عملیات پالایش نفت و با در مواردی که از نفت کوره به عنوان سوخت استفاده می شود، به وجود می آیند و نیز این گازها می تواند موجب کربن زدایی فولادها یا سایر آلیاژهای مصرفی گردد. واکنش هایی که در این عملیات و در حضور گازهای CO و CO رخ می دهد، به قرار زیر است:
CO2 + C(Fe) <=> 2 CO
مخلوط این گازها سبب اکسیداسیون آهن می شود و بالعکس سبب احياء اکسید آهن می گردد:
CO2 + Fe <=> FeO + CO
به طور کلی زدایش کربن منجر به کاهش مقاومت کششی و افزایش قابلیت انعطاف و سرعت خزش فولادها می گردد. به منظور استفاده از فولادهای آلیاژی مختلف در دستگاههای عملیاتی و در عملیاتی که فشار هیدروژن و هیدروژن سولفید و دما بالا است.
جهت پیش گیری از تاول زدگی هیدروژنی به روش های زیر عمل می شود
فولادهای جوشیده حاوی حفره های زیادی می باشد و در صورتی که به جای آنها فولادهای کشته که عاری از حفره است، به کار برده شود، مقاومت در برابر تاول هیدروژنی افزایش خواهد یافت.
برای این منظور از پوشش های فلزی، معدنی، آلی و نیز از روکش های دیگر استفاده به عمل می آید. باید در نظر داشت که جنس روکش ها باید طوری انتخاب شود که هم در مقابل نفوذ هيدروژن و هم در مقابل مواد خورنده موجود در داخل ظرف مربوطه مقاوم باشد، در مواردی از سیستم غلاف کاری و با استفاده از فولادهای ضدزنگ یا آلیاژهای نیکلی در سطوح داخلی وسایل و ظروف فولادی استفاده می گردد. در برخی موارد نیز پوشش های لاستیکی، پلاستیکی، سرامیکی یا آجرهای مخصوص به کار برده می شود.
استفاده از مواد شیمیایی کند کننده سبب کاهش میزان خوردگی و در نتیجه سبب پیش گیری از تاول هیدروژنی می شود.
تاول هیدروژنی اغلب در محیط‌های خورنده ای اتفاق می افتد که حاوی مواد مضری برای تولید هیدروژن مولکولی (سولفورها، ترکیبات ارسنیک، سیانورها و یون های فسفر) بوده و به ندرت در محیط های اسیدی خالص رخ می دهد. در عملیات پالایش نفت غالبا از این قبیل مواد وجود دارد و به همین دلیل در صنایع نفت تاول هیدروژنی یکی از مسائل مهم می باشد
فولادهای پر نیکل و آلیاژهای نیکلی در مقابل نفوذ هیدروژن مقاوم تر است و اغلب در مواردی که احتمال تاول هیدروژنی وجود داشته باشد، استفاده می گردد.
از آن جایی که شکنندگی هیدروژنی اغلب در عملیات شستشوی شیمیایی (با اسیدها) اتفاق می افتد (با ایجاد هیدروژن)، لذا با استفاده دقیق از مواد شیمیایی کند کننده می توان خوردگی فلز اصلی و در نتیجه تولید هیدروژن را کنترل نمود.
با انتخاب مناسب مواد ترکیبی در حمام های آب کاری و کنترل دقیق شدت جریان، می توان تولید هیدروژن را کنترل نمود. در صورتی که در عملیات آب کاری هیدروژن متصاعد گردد، سبب می شود که هم عمل روکش دادن فلز به خوبی صورت نگیرد و هم ایجاد تردی هیدروژنی شود.
چون فرآیند تردی هیدروژنی برگشت پذیر می باشد، لذا اگر هیدروژن از محیط دور شود، خواص مکانیکی فلز نسبت به فلز عاری از هیدروژن تفاوت چندانی نخواهد داشت. برای این منظور (جدا کردن هیدروژن از فولاد از عمل پخت فولاد در دماهای پایین ( ۲۰۰-۳۰۰°F) استفاده می گردد.