La cellule de mesure des capteurs de pression piézorésistifs est généralement entourée d’une membrane en acier. Dans la plupart des applications, les boîtiers de ces instruments de mesure sont également composés d’acier inoxydable. Mais si ce matériau entre en contact avec de l’hydrogène, il peut être fragilisé et se fissurer.

La fragilisation par l’hydrogène affecte l’acier, et également tous les autres métaux. C’est pourquoi l’usage du titane n’est pas plus adapté aux applications qui utilisent de l’hydrogène.

Qu’est-ce qu’on entend par fragilisation par l’hydrogène ?

Le phénomène de fragilisation par l’hydrogène fait référence à la perte de ductilité d’un matériau. La ductilité désigne la capacité d’un matériau à se déformer plastiquement sans se rompre. L’acier, selon sa composition en éléments d’alliage, peut se déformer de plus de 25 %. Les matériaux qui ne possèdent pas cette capacité sont qualifiés de « fragiles ».

Mais les matériaux ductiles peuvent également devenir fragiles ou cassants. Lorsque cette fragilisation du matériau résulte de l’absorption d’hydrogène, on parle alors de fragilisation par l’hydrogène.

La fragilisation par l’hydrogène survient lorsque l’hydrogène atomique se diffuse dans le matériau. La fragilisation par l’hydrogène est généralement issue d’une corrosion par l’hydrogène.

La corrosion par l’hydrogène, également appelée corrosion aqueuse, se produit lorsqu’un métal est en contact avec de l’eau dans un environnement à faible niveau d’oxygène. Cette réaction d’oxydo-réduction produit de l’hydrogène pur, qui a pour effet d’oxyder le métal. Le métal se dissout sous forme de solution aqueuse composée d’ions, qui provoque une dégradation uniforme du matériau.

L’hydrogène libéré par cette réaction d’oxydo-réduction se diffuse dans l’acier en raison de sa petite taille atomique (seulement 0,1 nanomètre). L’hydrogène s’insère directement dans le treillis métallique du matériau au niveau atomique. Les imperfections qui se forment ainsi dans le treillis augmentent la capacité d’absorption et donc accélèrent la corrosion. Cela provoque une fatigue chimique du matériau, ce qui peut provoquer des fissures de l’intérieur vers l’extérieur, même à faibles charges.

L’hydrogène et les capteurs de pression

En raison de sa très petite taille atomique, l’hydrogène peut pénétrer dans l’intégralité du matériau et provoquer divers effets néfastes. Les membranes métalliques des capteurs de pression piézorésistifs sont particulièrement fines (plus elles sont fines, plus le capteur est sensible et précis). Si de l’hydrogène se diffuse à travers la membrane d’un capteur (phénomène de perméation), la réaction avec le fluide de transfert entourant la cellule du capteur peut entrainer une adsorption d’hydrogène et altérer les propriétés métrologiques du pont de mesure. Parallèlement, ces dépôts peuvent également entraîner une augmentation de la pression et causer une déformation de la membrane du capteur, voire la destruction complète de la membrane.

Outre l’utilisation d’une membrane plus épaisse (mais moins précise), ce processus peut être considérablement retardé en utilisant un alliage d’or. La durée de vie de l’unité est ainsi grandement optimisée. Consultez cet article pour en apprendre davantage.