Nel 2014, Il giacimento petrolifero più nuovo e più grande del Kazakistan era destinato a diventare un importante contributo alla fornitura globale. Ma entro un mese di attività, si è verificato un arresto totale. Senza attenzione, grandi crepe sono apparse nelle sue condutture. Per i prossimi due anni, il campo è rimasto inattivo a causa di costose riparazioni. La causa:infragilimento delle tubazioni.

come ossa, oleodotti e gasdotti soffrono di fragilità e fessurazioni. Ora un gruppo di ricercatori dell'Università del Texas a San Antonio (UTSA) e del Southwest Research Institute (SwRI) propone di esaminare come si sviluppano le condizioni di infragilimento da idrogeno. La loro ricerca si concentra su una lega utilizzata nell'industria petrolifera e del gas, ma fabbricato attraverso la produzione additiva (AM).

"Le condizioni operative nell'industria petrolifera e del gas possono portare all'infragilimento da idrogeno. Questo fenomeno provoca il cedimento prematuro delle strutture a causa dell'assunzione di idrogeno nel materiale. L'idrogeno una volta all'interno del materiale interagisce con la microstruttura della lega degradandone le prestazioni meccaniche e causando frattura fragile senza alcun segno di avvertimento, ", ha affermato l'assistente professore Brendy Rincon Troconis presso il Dipartimento di ingegneria meccanica dell'UTSA.

AM è stata adottata per molte ragioni in fabbrica. Con l'uso di AM, disegni e materiali più complessi possono essere creati uno strato alla volta. AM riduce anche i costi generali poiché le parti possono essere assemblate rapidamente in loco, piuttosto che tenere un grande inventario costoso.

Sebbene molte industrie stiano rapidamente adottando AM, i ricercatori sono preoccupati che non ci siano stati abbastanza test su come l'infragilimento da idrogeno influisca sulle prestazioni del materiale di questo particolare metallo. I ricercatori di San Antonio si concentreranno sulla lega nichel-718 perché può essere utilizzata in condizioni critiche dove si desiderano elevate proprietà meccaniche e resistenza alla corrosione.

La ricerca del professor Rincon Troconis non riguarda solo l'industria petrolifera e del gas. Sempre più metalli AM vengono introdotti nel settore aerospaziale. Airbus Defense ha testato i materiali AM nei suoi sistemi di propulsione. Space X utilizza già materiali AM per fabbricare alcune parti del Falcon Rocket 9 e della camera del motore Super Draco. DNV-GL, un fornitore internazionale di servizi di gestione del rischio e di garanzia della qualità, sta già promuovendo un'iniziativa per stabilire linee guida e certificazioni su come le parti AM verranno utilizzate nelle applicazioni offshore.

Sebbene le misure di sicurezza siano essenziali, senza dati di test sufficienti per comprendere l'effetto dell'infragilimento da idrogeno sulle prestazioni delle leghe AM, la sicurezza dei sistemi fabbricati AM rimane sconosciuta.

Il professor Rincon Troconis e W. Fassett Hickey della divisione di ingegneria meccanica di SwRI lavoreranno per capire come l'integrità del nichel-718 AM è influenzata dall'infragilimento da idrogeno. Troconis e Hickey studieranno l'infragilimento da idrogeno a livello molecolare per vedere come la posizione degli atomi di idrogeno influisca sull'integrità del materiale metallico sotto le alte pressioni e le temperature elevate tipiche degli ambienti di perforazione. Ciò sarà realizzato nelle strutture di test uniche di SwRI, che consentono prove meccaniche in idrogeno gassoso fino a 3, 000 PSI e 500 gradi Fahrenheit. UTSA utilizzerà il suo spettrometro di desorbimento termico (TDS) e il microscopio a scansione di forza della sonda kelvin (SKPFM), uno dei pochi laboratori universitari del paese con la combinazione di queste tecnologie avanzate.

Lo studio sull'infragilimento da idrogeno è reso possibile dal Programma Connect, un'iniziativa di collaborazione finanziata congiuntamente tra UTSA e SwRI. I ricercatori sperano di avere dati disponibili entro l'estate del 2020 per fornire una migliore guida alle industrie su come progettare parti AM meno suscettibili all'infragilimento da idrogeno. Attualmente, pochi laboratori nazionali stanno lavorando a questo tipo di ricerca.

"Capendo di più sull'infragilimento da idrogeno dei materiali AM, possiamo fornire informazioni cruciali, con più fiducia, ottimizzare i processi AM e post-fabbricazione e prevenire la frattura fragile dei sistemi futuri e attuali, mentre avanza la tecnologia AM, che porterà a una migliore protezione della comunità, il suo patrimonio, e l'ambiente, " disse Rincon Troconis.