De onderzoekers van de Peter the Great St.Petersburg Polytechnic University (SPbPU) en het Institute of Problems of Mechanical Engineering van de Russian Academy of Sciences bestudeerden de distributie van waterstof in metalen tijdens standaardtests voor waterstofkraak. Ze ontdekten dat er een oppervlakte-effect is waardoor waterstof niet in het metaal kan komen. Dit kan leiden tot fouten in de industriële kwaliteitscontrole van materiaal, en tot fundamentele fouten in het wetenschappelijk onderzoek naar waterstofbrosheid. De bevinding werd gepubliceerd in International Journal of Continuum Mechanics and Thermodynamics .

Waterstof heeft een grote invloed op de eigenschappen van verschillende materialen, wat belangrijk is voor bijna alle industriële technologieën. Het kan het gesmolten metaal binnendringen en erin blijven na het stollen. Tijdens het gebruik van metalen onderdelen, waterstofverzadiging treedt op als gevolg van corrosie, wrijving of plastische vervorming. Water is de meest voorkomende bron van waterstof. De eigenschappen van metalen worden drastisch beïnvloed in aanwezigheid van eventuele additieven. Ze worden broos, scheur, duurzaamheid verliezen. Slechts één waterstofatoom per honderdduizenden metaalatomen is voldoende, terwijl andere onzuiverheden in veel hogere concentraties schade kunnen aanrichten. Een kleine concentratie waterstof is moeilijk vast te stellen, die problemen geeft met de directe meting van het gehalte aan metalen, vooral de verdeling ervan binnen micron-dikke metaallagen. Meestal worden indirecte metingen gebruikt, vooral, de tijd van verzadiging met waterstof is genormaliseerd.

Bouwmaterialen worden voor gebruik getest onder waterstofverzadigingsomstandigheden. De meest voorkomende zijn de elektrochemische verzadiging van metaalmonsters in een elektrolytoplossing en verzadiging in een neutrale zoutoplossing terwijl waterstofsulfide passeert. Gewoonlijk wordt aangenomen dat deze methoden universele verzadiging van de monsters bieden die vergelijkbaar zijn met natuurlijke omstandigheden.

Wetenschappers hebben ontdekt of dit waar is. De studies werden uitgevoerd op een zeer gevoelige industriële massaspectrometrische waterstofanalysator. Het was mogelijk om de verdeling van waterstofconcentraties te meten in stalen monsters van een standaardvorm gemaakt van roestvrij, pijp, brug en weerbestendig staal. Het oppervlakte-effect werd gedetecteerd:het is gebaseerd op het feit dat er een abnormaal hoge concentratie waterstof ontstaat in de dunne laag metaal aan het oppervlak van het monster, die honderden keren hoger is dan de interne waterstofconcentratie. Deze oppervlaktelaag van metaal, met een dikte van ongeveer 50 micron, creëert een soort "schild" dat het binnendringen van waterstof in het metaal verhindert. Er werd ook een theoretisch model ontwikkeld in termen van de wiskundige beschrijving van dit fenomeen.

"Dit is een nieuwe kijk op het industrieel testen van de waterstofbestendigheid van metalen, toegepast in veel gestandaardiseerde methoden van kwaliteitscontrole. Het blijkt dat het niet equivalent is aan de werkelijke waterstofverzadiging die optreedt tijdens de exploitatie van metalen onderdelen. Dit veroorzaakt fouten bij het evalueren van de eigenschappen van metalen. Het is belangrijk om te begrijpen dat moderne legeringen met hoge sterkte zeer gevoelig zijn voor de invloed van waterstof, dus aanvullende tests en de ontwikkeling van nieuwe methoden voor industriële tests zijn vereist, " zegt Vladimir Polyansky, hoogleraar SPbPU. "We zijn van plan te onderzoeken in hoeverre het oppervlakte-effect dat we hebben ontdekt zich manifesteert in echte constructies die onderhevig zijn aan thermomechanische belastingen, en wat is de relatie tussen modelwaterstofverzadiging en de brosheid van metalen die optreedt tijdens echte industriële exploitatie."