Das Rätsel des Wasserstoffsprödbruchs: Echtzeitbeobachtung in Inconel 725 enthüllt neue Erkenntnisse

BerlinForscher stehen kurz davor zu verstehen, warum Metalle in wasserstoffreichen Umgebungen spröde werden. Dieses seit Mitte des 19. Jahrhunderts bekannte Problem kann Metalle schwächen und gefährdet Infrastrukturprojekte, die diese Metalle verwenden, insbesondere in wässrigen Umgebungen.

Eine Forschungsarbeit, die in Science Advances veröffentlicht wurde und von Dr. Mengying Liu von der Washington and Lee University geleitet wird, untersucht eine starke und korrosionsbeständige Nickelbasislegierung namens Inconel 725. Das Forschungsteam umfasst auch Experten der Texas A&M University. Dr. Michael J. Demkowicz, Professor an der Texas A&M und Lius Doktorvater, ist Mitautor des Artikels.

Hauptpunkte der Studie:

• Untersuchung der Rissbildung in anfangs makellosen Proben von Inconel 725
• Widerlegung der bekannen Hypothese der wasserstoffunterstützten lokalen Plastizität (HELP)
• Echtzeitbeobachtung von Rissinitiierung und lokaler Plastizität

Eine verbreitete Theorie zur Erklärung der wasserstoffinduzierten Sprödigkeit von Materialien ist die sogenannte HELP-Hypothese. Diese besagt, dass Risse dort entstehen, wo das Material am stärksten verformt wird. Doch eine neue Studie zeigt, dass diese Theorie für Inconel 725 nicht zutrifft.

Dr. Demkowicz' Studie ist die erste, die Echtzeitbeobachtungen nutzt, um den Ursprung von Rissen zu verfolgen und sie mit Stressbereichen im Material zu korrelieren. Diese Echtzeitbeobachtung ist entscheidend, da das Untersuchen von Proben nach der Rissbildung oft unzureichend ist. Wasserstoff entweicht schnell aus Metallen, wodurch es schwierig wird, die Auswirkungen des Wasserstoffs nachträglich zu analysieren.

Die zukünftige Nutzung von Wasserstoff als Energiequelle ist von großer Bedeutung. Er könnte fossile Brennstoffe ersetzen, was jedoch die aktuelle Infrastruktur für fossile Brennstoffe schwächen und anfällig für Ausfälle machen könnte. Eine genaue Vorhersage dieser Schwachstellen ist essenziell, um unerwartete Zusammenbrüche zu verhindern und die Sicherheit der Wasserstoffsysteme zu gewährleisten.

Die Experimente wurden hauptsächlich an der Texas A&M durchgeführt. Dr. Liu führte zusätzliche Datenanalysen durch und verfasste das Manuskript an der Washington and Lee. Die Mitautoren sind Liu, Demkowicz und der Doktorand der Texas A&M, Lai Jiang.

Diese Studie stellt frühere Annahmen über die Versprödung von Inconel 725 durch Wasserstoff in Frage und verbessert die Voraussagefähigkeit dieses Problems. Sie hinterfragt die bisherige Überzeugung, dass lokale Plastizität (kleine Formänderungen) direkt zu Rissen führt, und verändert damit das Verständnis und die Untersuchung dieses Themas.

Echtzeitbeobachtungen haben unser Verständnis von Wasserstoffversprödung erheblich verbessert. Diese Methode kann auch auf andere Materialien und Situationen angewendet werden, um klarere Informationen zu erhalten. Die Studie zeigt, wie wichtig es ist, dass Experten aus verschiedenen Bereichen zusammenarbeiten und fortschrittliche Prüfverfahren in der Materialwissenschaft nutzen.

Ein besseres Verständnis der Wasserstoffversprödung trägt zu zuverlässigeren und sichereren Systemen für die Speicherung und Nutzung von Wasserstoff bei. Dies ist entscheidend, da wir nach saubereren Energieoptionen suchen. Die Echtzeit-Methoden dieser Studie könnten auch in anderen Bereichen der Materialwissenschaft nützlich sein und sicherere sowie langlebigere Materialien schaffen.