Desentrañado el transporte de hidrógeno en metales

A temperatura ambiente, los átomos de hidrógeno pueden ser absorbidos por la retícula metálica y quedar difusos entre sus granos. El hidrógeno puede acumularse en forma atómica o molecular. Pero, con independencia de la forma, los átomos y las moléculas se combinan y dan lugar a burbujas pequeñas en las fronteras entre los granos metálicos. Estas burbujas incrementan la presión hasta tal punto que los metales pierden su ductilidad y se forman grietas diminutas.

La vulnerabilidad de cada material a la fragilización por el hidrógeno depende de las características de su microestructura y de la presencia de defectos. Un equipo de científicos puso en marcha el proyecto financiado con fondos europeos MULTIHY (Multiscale modelling of hydrogen embrittlement) para desarrollar herramientas con las que evaluar el transporte de hidrógeno en aleaciones de gran resistencia con microestructura compleja, y para comprender con mayor precisión la fragilización por hidrógeno.

Los científicos del proyecto trataron de establecer una relación entre los efectos de las características estructurales a escala microscópica e incluso nanométrica y factores medibles macroscópicamente de la susceptibilidad frente a la fragilización por hidrógeno. Se emplearon técnicas analíticas, pruebas físicas y recolección de datos en servicio para desarrollar un marco de modelización a multiescala del transporte del hidrógeno desde el nivel atómico al nivel del componente.

El equipo de MULTIHY seleccionó tres estudios de caso industriales, a saber, las cámaras de combustión de una lanzadera de satélites, la carrocería de un automóvil con componentes blancos y los cojinetes de un aerogenerador marítimo. Se analizó la microestructura de varios materiales avanzados para los tres estudios de caso, y se evaluaron los parámetros de la difusión y el atrapamiento del hidrógeno mediante experimentos y modelización atómica.

Para garantizar la precisión y evitar una carga computacional excesiva, los científicos tuvieron que equilibrar e integrar las diferencias espaciales y temporales entre los modelos atómicos y de elementos finitos (EF). Utilizaron simulaciones cinéticas de Monte Carlo para facilitar la utilización de los resultados de los cálculos atómicos como parámetros para los modelos basados en EF.

El marco de modelización multiescala de MULTIHY ayudará a las empresas a tomar decisiones bien fundamentadas sobre los materiales y los métodos de procesamiento que eligen para sus productos. Entre las medidas que se pueden adoptar para reducir la fragilización por hidrógeno están disminuir la exposición a éste y el tratamiento térmico a baja temperatura (cocido).