Perché riveste grande importanza eseguire un’analisi precisa di gas come O, N e H nelle leghe metalliche?
La determinazione di ossigeno, azoto e idrogeno in leghe ferrose o altre leghe come quelle a base Nichel, Titanio e Rame è talvolta essenziale per determinarne la qualità ed evitare problematiche in esercizio.
- Ossigeno: viene utilizzato, ad esempio, nella produzione dell’acciaio per ridurre il tenore di Carbonio fino alla quantità desiderata. Una quantità eccessiva di Ossigeno potrebbe combinarsi in monossido di Carbonio durante la solidificazione, causando porosità nell’acciaio e difetti superficiali
- Azoto: può rappresentare un elemento in lega importante e voluto o un'impurità. È desiderato, ad esempio, come elemento in lega perché in generale aumenta la resistenza a trazione e a corrosione per pitting negli acciai inossidabili austenitici, ma diminuisce la duttilità e la formabilità negli acciai. Inoltre, in un determinato range di temperature, per alcune leghe provoca infragilimento intergranulare per la formazione di nitruri, abbassando sia la tenacità che la resistenza a corrosione in caso di acciai inossidabili. Anche in questo caso tenori eccessivi di Azoto durante la solidificazione possono portare a porosità nel materiale.
- Idrogeno: è un elemento che viene assorbito durante le fasi che prevedono una lega allo stato liquido. Possiede un’elevata mobilità attraverso il reticolo e combinandosi con altri elementi può provocare cricche e fratture fragili, in un fenomeno chiamato infragilimento da Idrogeno, tipico degli acciai. L'assorbimento dell'idrogeno è deleterio anche per il Titanio e le sue leghe a causa della formazione di idruro di titanio. Questo processo di infragilimento da idrogeno è particolarmente preoccupante quando il titanio e le sue leghe si usano come materiali strutturali, come in componenti dell’industria aeronautica e nucleare.
Come avviene la determinazione di O, N, H nelle leghe metalliche?
La determinazione del contenuto di O, N, H avviene per fusione in corrente di gas inerte. Con questo metodo il campione viene posto in un crogiolo in grafite all’interno di un forno che raggiunge temperature tali da provocarne la fusione, il tutto in atmosfera di gas inerte. L’Ossigeno viene solitamente determinato mediante assorbimento ad infrarossi, mentre Azoto e Idrogeno vengono determinati attraverso celle di conduttività termica.
I campioni solitamente sono analizzati in forma di pin o trucioli.
Particolare cura deve essere posta nel caso di campioni per la misura del contenuto di Idrogeno. Non deve essere presente alcun tipo di contaminante e durante l’eventuale prelievo/preparativa si deve porre attenzione a non surriscaldare il campione. Anche la pulizia, il lavaggio e l’asciugatura del campione deve essere opportuna ed il campione preparato deve essere analizzato immediatamente dopo la preparazione.
In conclusione, le prove di analisi descritte vengono usate qualora serva
determinare con precisione di pochi ppm la quantità di gas O, N, H nei materiali metallici, non realizzabile con altri metodi di analisi elementale, come ad esempio la
spettrometria ottica ad emissione (OES).