Como ocorre o processo de empolamento por hidrogênio?

Passo 1

Beleza, o exercício pergunta “Como ocorre o processo de empolamento por hidrogênio?”. Isso cai na matéria de degradação de materiais—mais especificamente numa forma de fragilização/empolamento causada pelo hidrogênio. Para entender e explicar direitinho, vamos precisar falar de:
  1. Como o H₂ (ou íons H) entra e se espalha no metal (diffusão).
  2. Onde e como ele se acumula formando bolhas.
  3. Como a pressão interna dessas bolhas de hidrogênio faz o material “empolar”.

Passo 2

Primeiro, a absorção e a difusão de hidrogênio no metal.
  • Quando o metal fica exposto a atmosfera rica em hidrogênio (por exemplo em solda, eletrólise ou ambiente corrosivo), átomos de hidrogênio entram na superfície.
  • Esses átomos passam a se mover dentro do material por difusão, que a gente descreve pela lei de Fick: J = -D ,partial Cpartial xOnde
    é o fluxo de átomos de H (quantos átomos passam por área/tempo),
    é o coeficiente de difusão do hidrogênio no metal,
    é o gradiente de concentração de hidrogênio.
  • Em linguagem de amigo: o H quer “ir de onde tem muito para onde tem pouco” e essa velocidade depende do .

Passo 3

Aparecimento de sítios de nucleação e recombinação.
  • No caminho, o hidrogênio encontra defeitos no metal (deslocamentos de rede, inclusões, microfissuras).
  • Nesses pontos, dois átomos de H se juntam e formam H₂ (gás), porque é energeticamente mais estável.
  • Esse H₂ fica preso ali, começando a formar bolhas microscópicas. Isso é a nucleação.

Passo 4

Crescimento das bolhas e empolamento.
  • À medida que chega mais H, a bolha cresce e a pressão interna aumenta. A equação dos gases ideais dá uma ideia: P,V = n,R,TOnde
    é a pressão do gás H₂ dentro da bolha,
    é o volume da bolha,
    é a quantidade de mols de H₂,
    é a constante dos gases,
    é a temperatura.
  • Quando essa pressão ultrapassa a resistência do material na região próxima à superfície, ocorre expansão plástica local ou separação de camadas internas. A superfície “empola”, formando bolhas visíveis (blisters).

Resposta

O empolamento por hidrogênio acontece em quatro etapas:
  1. O H é absorvido e difunde no metal (lei de Fick).
  2. Nos defeitos, H se recombina formando H₂ e inicia bolhas.
  3. Essas bolhas crescem conforme mais hidrogênio chega, aumentando a pressão interna (lei dos gases ideais).
  4. Quando a pressão fica maior que a resistência do material, a superfície se separa e aparece o empolamento (blisters).

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