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:
- Como o H₂ (ou íons H) entra e se espalha no metal (diffusão).
- Onde e como ele se acumula formando bolhas.
- 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:
Onde
•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:
Onde
•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:
- O H é absorvido e difunde no metal (lei de Fick).
- Nos defeitos, H se recombina formando H₂ e inicia bolhas.
- Essas bolhas crescem conforme mais hidrogênio chega, aumentando a pressão interna (lei dos gases ideais).
- Quando a pressão fica maior que a resistência do material, a superfície se separa e aparece o empolamento (blisters).