Het oplossen van het raadsel van waterstofbrosheid in metaal: inconel 725 centraal

AmsterdamOnderzoekers staan op het punt te begrijpen waarom metalen bros worden in waterstofrijke omgevingen. Dit probleem, dat al sinds het midden van de 19e eeuw bekend is, kan metalen verzwakken en vormt een risico voor infrastructuurprojecten die deze metalen gebruiken, vooral in vochtige omgevingen.

Een studie gepubliceerd in Science Advances, onder leiding van Dr. Mengying Liu van Washington en Lee University, onderzoekt een sterke en corrosiebestendige legering op nikkelbasis, genaamd Inconel 725. Het onderzoeksteam omvat ook experts van de Texas A&M University. Dr. Michael J. Demkowicz, een professor aan Texas A&M en Liu's promotor, is medeauteur van het artikel.

Belangrijke bevindingen van de studie zijn:

• Onderzoek naar barstvorming in oorspronkelijk vlekkeloze monsters van Inconel 725
• Weerlegging van de bekende hypothese, waterstofgeïnduceerde gelokaliseerde plasticiteit (HELP)
• In real-time volgen van barstinitiatie en gelokaliseerde plasticiteit

Een veelvoorkomende verklaring voor waarom waterstof materialen bros maakt, staat bekend als HELP. Deze theorie beweert dat scheuren ontstaan op de plekken waar het materiaal het meest vervormt. Een nieuwe studie toont echter aan dat deze verklaring niet opgaat voor Inconel 725.

De studie van Dr. Demkowicz is de eerste die in real-time observeert waar scheuren beginnen en deze vergelijkt met de gebieden van spanning in het materiaal. Deze real-time observatie is cruciaal omdat het onderzoeken van monsters nadat scheuren zijn gevormd, niet goed werkt. Waterstof verdwijnt snel uit metalen, waardoor het moeilijk wordt om te bestuderen hoe de waterstof de schade heeft veroorzaakt zodra het weg is.

Het toekomstige gebruik van waterstof als energiebron is van groot belang. Waterstof zou fossiele brandstoffen kunnen vervangen, maar deze transitie kan de huidige fossiele brandstofinfrastructuur kwetsbaar maken en vatbaar voor storingen. Het nauwkeurig voorspellen van deze kwetsbaarheid is essentieel om onverwachte uitvallen te voorkomen en om de veiligheid van waterstofsystemen te waarborgen.

De experimenten vonden voornamelijk plaats bij Texas A&M. Dr. Liu voerde extra data-analyse uit en schreef het manuscript bij Washington and Lee. De mede-auteurs zijn Liu, Demkowicz, en Texas A&M doctoraalstudent Lai Jiang.

Deze studie werpt nieuw licht op de manier waarop waterstof Inconel 725 bros maakt en verbetert de voorspellingen omtrent dit probleem. Het betwist de eerdere overtuiging dat plaatselijke plasticiteit (kleine vormveranderingen) direct tot scheuren leidt en verandert de kijk van onderzoekers op deze kwestie.

Realtime observatie heeft ons begrip van waterstofbrosheid aanzienlijk verbeterd. Deze methode kan ook worden toegepast op andere materialen en situaties, wat voor duidelijkere informatie zorgt. De studie benadrukt hoe essentieel samenwerking tussen experts uit verschillende vakgebieden is en het gebruik van geavanceerde testmethoden in de materiaalkunde.

Een beter begrip van waterstofbrosheid resulteert in betrouwbaardere en veiligere systemen voor opslag en gebruik van waterstof. Dit is cruciaal terwijl we op zoek zijn naar schonere energie-opties. De in deze studie gebruikte real-time methodes kunnen ook op andere gebieden van de materiaalkunde nuttig zijn, wat leidt tot veiligere en duurzamere materialen.