Il chip del sensore dei trasmettitori di pressione piezoresistivi è solitamente circondato da una membrana in acciaio. Nella maggior parte delle applicazioni l’acciaio inossidabile è utilizzato anche per realizzare il corpo degli strumenti di misura. Se, però, il materiale entra in contatto con l’idrogeno, può indebolirsi e rompersi.
Cosa s’intende per infragilimento?
L’infragilimento da idrogeno indica una perdita di duttilità del metallo. La duttilità descrive la proprietà dei materiali di deformarsi plasticamente sotto carico prima di rompersi. L’acciaio, a seconda del tipo, può deformarsi di oltre il 25 percento. I materiali che non hanno questa capacità sono detti fragili.
Anche i materiali duttili possono diventare fragili, cioè indebolirsi. Se l’infragilimento del materiale è causato dall’assorbimento di idrogeno si parla di infragilimento da idrogeno.
L’infragilimento da idrogeno si verifica quando l’idrogeno atomico si diffonde nel materiale. Prerequisito dell’infragilimento da idrogeno è generalmente la corrosione da idrogeno.
La corrosione da idrogeno, detta anche corrosione acida, ha luogo ogni volta che si verifica una carenza di ossigeno e il metallo entra in contatto con l’acqua. Il prodotto finale dell’ossidoriduzione è l’idrogeno puro che ossida il metallo. Il metallo va in soluzione sottoforma di ioni, provocando un degrado uniforme del metallo.
Grazie alle dimensioni ridotte dell’atomo di soli circa 0,1 nanometri, l’idrogeno sprigionatosi attraverso l’ossidoriduzione si diffonde nell’acciaio. L’idrogeno va ad occupare direttamente il reticolo metallico del materiale sottoforma di atomi interstiziali. Difetti reticolari aumentano la capacità di assorbimento. Si arriva così a una fatica chimica dei materiali, che, già a bassi carichi, può causare rotture improvvise dall’interno verso l’esterno.
L’idrogeno e i trasmettitori di pressione
In virtù delle dimensioni molto ridotte, l’idrogeno non solo riesce a penetrare nel materiale, ma può pervaderlo completamente. Questo significa che non può verificarsi soltanto un infragilimento del materiale. Le membrane di metallo dei sensori di pressione piezoresistivi sono molto sottili : infatti, più sottili sono e più il sensore è sensibile e preciso. L’idrogeno diffuso nella/attraverso la membrana (permeazione) può reagire con il fluido di trasferimento di pressione che circonda il chip del sensore. Di conseguenza, per via dell’assorbimento dell’idrogeno, si modificano le proprietà tecniche di misurazione del ponte di misura. Allo stesso tempo, per via di questi assorbimenti, può verificarsi anche un aumento della pressione, che provoca una curvatura della membrana del sensore fino alla sua completa rottura.
Al di là di una membrana più spessa, quindi di conseguenza piuttosto imprecisa, questo processo può essere fortemente ritardato utilizzando una lega d’oro. In tal modo, la durata di vita del dispositivo sarà ottimizzata. Qui potete leggere maggiori informazioni.
