Caratterizzazione del comportamento in idrogeno gassoso di materiali per giranti di compressori

La crescente necessità di ridurre il consumo di combustibili fossili ha progressivamente aumentato l'interesse verso altre risorse energetiche. Tra queste è emerso l'idrogeno, il quale ha la possibilità di effettuare combustioni molto pulite e, abbinato a fonti di energia rinnovabili, risulta essere molto disponibile. Per l'utilizzo nel settore energetico, l'idrogeno necessita di essere compresso e per fare ciò il compressore centrifugo risulta essere la macchina operatrice più indicata. Il basso peso molecolare dell'idrogeno fa sì che, per raggiungere rapporti di compressioni accettabili in un singolo stadio, sia necessario raggiungere velocità periferiche elevate. Queste condizioni di lavoro fanno sì che il materiale sia soggetto a sollecitazioni elevate, pertanto è necessario adoperare leghe alto resistenziali. L'ambiente di lavoro è composto da idrogeno gassoso avente un grado di purezza elevato, in condizioni di pressione e temperatura oltre quelle ambiente. In generale l’idrogeno è in grado di danneggiare il metallo tramite i seguenti fenomeni: attacco da idrogeno, formazione di idruri, blistering e infragilimento da idrogeno. Tra questi solo l’ultimo è reversibile (a meno di danni permanenti) ma è anche il più pericoloso dati gli ampi range di temperatura e pressione nelle quali può presentarsi e il basso contenuto di idrogeno sufficiente ad alterare le proprietà meccaniche, di duttilità e di tenacità del metallo. Altro effetto è il passaggio dalla frattura duttile alla frattura fragile, con riduzione di scorrimenti plastici a livello macroscopico in favore di processi decoesivi intergranulari o transgranulari. Inoltre si manifestano velocità di avanzamento della cricca più elevati, il cui avanzamento è guidato dall’accumulo dell’idrogeno nelle zone critiche o nei vari siti del reticolo cristallino che ne promuovono l’accumulo. I materiali alto resistenziali che operano in contesti ricchi di idrogeno, possono essere soggetti al fenomeno dell'HE (Hydrogen Embrittlement), il quale consiste nella perdita di proprietà meccaniche a causa dell'interazione degli atomi di idrogeno con il reticolo cristallino del metallo. L’infragilimento da idrogeno è in grado ridurre le caratteristiche di resistenza e duttilità del materiale spiegabile secondo i seguenti modelli: teoria della pressione interna, teoria dell’energia superficiale, teoria della decoesione (hydrogen enhanced decohesion, HEDE), teoria della plasticità localizzata (hydrogen-enhanced localised plasticity, HELP) e teoria dell’emissione di dislocazioni indotta dall’adsorbimento (adsorption-induced dislocation-emission, AIDE). I vari modelli forniscono spiegazioni plausibili e verificate sperimentalmente ma non in grado di spiegare tutte le possibili sfaccettature relative alle tipologie di problematiche che si manifestano in seguito all’interazione dell’idrogeno con il metallo in presenza di sollecitazioni meccaniche, le quali sono necessarie e favoriscono il manifestarsi di fenomeni di degrado del materiale. Quindi lo scopo di questo lavoro è di caratterizzare il comportamento dei materiali candidati alla realizzazione delle parti rotanti di un compressore centrifugo, in merito al fenomeno dell'infragilimento da idrogeno. Le prove svolte hanno approfondito la conoscenza delle principali grandezze relative all’interazione dell’idrogeno con il reticolo cristallino (coefficiente di diffusione e solubilità) e hanno consento di fornire più informazioni in merito al comportamento meccanico del materiale in presenza di idrogeno. Infatti utilizzando varie condizioni di test, sono stati evidenziati gli eventuali limiti ma anche le potenzialità dei metalli oggetti di studio