Créditos: Phys.org
Investigadores de la Universidad de Oxford y el Laboratorio Nacional de Brookhaven han tomado medidas considerables para comprender cómo los átomos de hidrógeno influyen en la estructura interna del acero inoxidable. Su innovador estudio, publicado recientemente en Materiales avanzadosrevela que el hidrógeno facilita el movimiento de defectos internos en el acero, lo que puede conducir a un mal funcionamiento inesperado en diversas aplicaciones, incluidos los sistemas de combustible de hidrógeno.
Utilizando técnicas avanzadas de imagen de rayos X, los investigadores comenzaron un experimento mundial para observar cómo se conocen los pequeños defectos cuando las dislocaciones en el acero inoxidable reaccionan a la exposición al hidrógeno. Esta idea es crucial para comprender cómo pueden causar las debilidades de metales de hidrógeno y la ingeniería de las siguientes aleaciones de generación puede conducir a una economía de hidrógeno en ciernes.
El principal investigador Dr. David Yang del Laboratorio Nacional de Brookhaven enfatizó la doble naturaleza del hidrógeno como un portador de energía limpia prometedora y la notoria capacidad para hacer materiales Bruscher. El equipo de investigación ha observado directamente las interacciones matizadas entre hidrógeno y defectos en el acero inoxidable en condiciones realistas, lo cual es crucial cuando las naciones recurren a los sistemas de energía libre de fósiles.
El estudio informa que el hidrógeno mantiene mucha promesa como fuente de combustible para sectores que son un desafío para descifrar, como el envío, la aviación y la carga pesada. Sin embargo, el riesgo de hidrógeno es una amenaza significativa para la integridad de los vasos de alta presión, tuberías y componentes esenciales en los sistemas de energía.
En el pasado, aunque se reconoció que el hidrógeno influye en el rendimiento del metal, las complejidades a nivel atómico se han mantenido en gran medida opacos. El equipo de investigación, dirigido por el Prof. Felix Hofmann, utilizó un método no destructivo que se conoce como una fracción coherente de rayos X. Esto les permitió observar eventos de escala atómica en tiempo real sin poner en peligro la integridad de la muestra de metal. El profesor Hofmann ha pronunciado la emoción para fusionar resultados inesperados que reveló el experimento.
Durante el estudio, el equipo lideró un radio de rayos X ultracrealado en un grano de acero inoxidable de aproximadamente 700 nanómetros de diámetro, utilizando una imagen de difracción de coherente Bragg para atrapar cambios en su estructura interna durante un período de 12 horas después de la introducción de hidrógeno. El experimento produjo tres descubrimientos principales:
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Aumento de la movilidad de las dislocaciones: Los investigadores descubrieron que los defectos internos exhibieron una movilidad inesperada, lo que sugiere que el hidrógeno puede funcionar a escala atómica como lubricante. Debido a esta movilidad mejorada, los defectos podrían cambiar sin estrés externo.
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Movimiento impredecible del avión: El estudio observó un movimiento único de defectos, denominado «subida». Este fenómeno indica que el hidrógeno facilita las repeticiones atómicas que generalmente no son factibles a temperatura ambiente, lo que puede contribuir a la dureza reducida en las aleaciones.
- Reducción de campos: Los resultados mostraron una disminución notable en el campo de voltaje alrededor de las dislocaciones como hidrógeno, lo que significa que la primera medición experimental directa de un largo efecto teórico se conoce como blindaje elástico de hidrógeno. Este fenómeno indica que el hidrógeno puede aliviar el estrés en torno a los defectos, lo que hace posible los riesgos de falla.
Las implicaciones de este estudio están en profundidad, lo que sugiere que la capacidad del hidrógeno para facilitar un movimiento defectuoso puede ser un factor clave en por qué la falla inesperada del metal. Los hallazgos ayudan a desarrollar modelos predictivos para el rendimiento del material en entornos ricos en hidrógeno y pueden inspirar nuevas estrategias para las aleaciones técnicas que son más resistentes a la mejora de hidrógeno.
Mirando hacia el futuro, los investigadores planean realizar más experimentos avanzados para investigar cómo el hidrógeno influye en otros tipos de defectos y también se centran en crear modelos para ayudar a las industrias a diseñar sistemas complejos de combustible de hidrógeno. Las instituciones cooperadoras incluyen el Laboratorio Nacional de Argonne y University College de Londres, que mejoró la profundidad y el alcance de las ideas logradas por esta innovadora investigación.
