Hydrogen permeation testing on AISI 1008 and 2K-epoxy polymeric barrier coating

The presence of hydrogen in steels can cause significant damages; in particular, the phenomenon often discussed is hydrogen embrittlement. The mechanical characteristics of the metal deteriorate once in contact with hydrogen, which penetrates the material and can even lead to the formation of cracks. All of this is very dangerous in situations where steel has the possibility of coming into contact with hydrogen, especially in the Oil&Gas sector. During the course of this thesis, the diffusion of hydrogen within AISI 1008 steel was investigated as a first step. Electrochemical permeation tests, using the Devanathan-Stachurski method and cell, were carried out with the aim of obtaining fundamental parameters for the characterization of the steel. In more detail, the parameters derived from these tests included the apparent diffusion coefficient, permeability, apparent solubility, and the number of reversible and irreversible traps within the steel. Following this initial analysis of the metallic material, an attempt was made to address the issue of hydrogen embrittlement. The path taken involved analyzing the effectiveness of a polymeric coating (2K-novolac epoxy) provided by Seal for Life Industries, which was expected to be impermeable to hydrogen and thus protect the underlying metal material. In this case, electrochemical tests similar to those described for the steel above were conducted. Additionally, a test was performed where the polymeric coating was placed in a sealed cell and subjected to a hydrogen pressure equivalent to one atmosphere. This additional test provides a more comprehensive understanding of the polymer’s behavior. Throughout the thesis, it will be revealed and demonstrated that the provided polymeric coating is not suitable for the intended purpose.

La presenza di idrogeno negli acciai può generare ingenti danni; in particolare il fenomeno di cui spesso si parla è l’infragilimento da idrogeno. Le caratteristiche meccaniche del metallo vengono meno una volta a contatto con l’idrogeno che penetra il materiale e può portare anche alla formazione di cricche. Tutto questo risulta molto pericoloso in quelle situazioni in cui l’acciaio ha la possibilità di entrare a contatto con l’idrogeno, primo tra tutti il settore Oil&Gas. Durante il percorso svolto in questa tesi, è stata indagata come primo passo, la diffusione dell’idrogeno all’interno dell’acciaio AISI 1008. Delle prove di permeazione elettrochimica, tramite il metodo e la cella Devanathan-Stachurski, sono state effettuate con l’intento di ottenere dei parametri fondamentali per la caratterizzazione dell’acciaio. Più in dettaglio i parametri ricavati da queste prove sono stati: il coefficiente di diffusione apparente, la permeabilità, la solubilità apparente e il numero di trappole reversibili ed irreversibili all’interno dell’acciaio. In seguito a questa prima analisi del materiale metallico, è stato svolto un tentativo di analisi per porre rimedio alla problematica dell’infragilimento da idrogeno. La strada percorsa è stata quella di analizzare l’efficacia di un coating polimerico (2K-novolac epoxy) fornito dall’azienda Seal for Life Industries, che sarebbe dovuto risultare impermeabile all’idrogeno e proteggere quindi il materiale metallico sottostante. Anche in questo caso sono state svolte prove di tipo elettrochimico uguali a quelle dell’acciaio sopra descritte, ma in aggiunta è stata svolta anche una prova dove il coating polimerico è stato inserito in una cella, sigillato e sottoposto ad una pressione pari a un’atmosfera di idrogeno. Quest’ulteriore test permette di avere una visione più completa del comportamento del polimero. Nel corso della tesi verrà svelato e dimostrato come il coating polimerico fornito non risulti adatto al compito prefissato.