Foto: Wasser auf Metall
Wasserstoff macht Metall spröde und
anfällig für Schäden; © Rainer Sturm/
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Im Verkehrs- und Energiebereich gilt Wasserstoff als Alternative zu fossilen Energierohstoffen. Doch für Metalle wie Stahl, Aluminium und Magnesium, die gerade in der Fahrzeug- und Energietechnik häufig verwendet werden, ist Wasserstoff nicht unbedenklich. Er kann sie spröde machen, die Festigkeit des Metalls wird reduziert. Seine Verformbarkeit lässt nach. Dies kann zu plötzlichem Versagen von Bauteilen und Komponenten führen.

Das leichteste der chemischen Elemente kann durch viele unterschiedliche Prozesse in das Metallgitter gelangen. Zum Beispiel durch Korrosion oder beim Schweißen, Walzen oder Pressen. Das Ergebnis: Das Material kann ohne Vorwarnung reißen oder brechen. Teure Schäden sind die Folge. Um Risse und Brüche künftig auszuschließen, nehmen die Forscher des Fraunhofer-Instituts für Werkstoffmechanik IWM die Wasserstoffversprödung unter die Lupe. Ihr Ziel ist es, Wasserstoff geeignete Werkstoffe und Fertigungsverfahren zu finden.

„Mit unserem neuen Speziallabor untersuchen wir, wie und mit welcher Geschwindigkeit Wasserstoff durch ein Metall wandert. Wir können erkennen, an welchen Stellen im Material sich das Element ansammelt und wo nicht“, sagt Nicholas Winzer, Forscher am IWM.
Da das Risikopotenzial zumeist vom diffusiblen Anteil des Wasserstoffs ausgeht, ist es erforderlich, diesen am gesamten Wasserstoffgehalt zu bestimmen. Durch eine Wärmebehandlung setzen die Forscher den beweglichen Anteil frei und messen ihn. Darüber hinaus belasten die Experten die Materialproben mechanisch.

Hierfür verwenden die Wissenschaftler spezielle Zugprüfmaschinen, die eine gleichzeitige mechanische Belastung und Beladung mit Wasserstoff erlauben. Anschließend bestimmen sie wie beanspruchbar das Material ist. „In der Industrie müssen Bauteile der kombinierten Belastung durch Temperatur, Zug, Druck und Wasserstoff standhalten. Mit dem neuen Speziallabor können wir die erforderlichen Analyseverfahren zur Verfügung stellen“, erläutert Winzer.

Die Ergebnisse aus den Labortests nutzen die Forscher für die Computersimulation, mit der sie die Wasserstoffversprödung in Metallen berechnen. „Durch die Kombination von Speziallabor und Simulationswerkzeugen haben wir herausgefunden, welche Werkstoffe Wasserstoff geeignet sind und wie sich Fertigungsverfahren verbessern lassen. Mit diesem Wissen können wir Unternehmen aus der Industrie unterstützen“, freut sich Doktor Wulf Pfeiffer, Leiter Prozess- und Werkstoffbewertung am IWM.


COMPAMED.de; Quelle: Fraunhofer-Gesellschaft