Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM
Werkstofftechnologische Herausforderungen, die wir mit fundiertem Mechanismenverständnis, Multiskalen-Simulation und atomistischen Berechnungen angehen:
- Wasserstoffversprödung (Hydrogen Embrittlement): Wasserstoff kann in Stahl eindringen (z. B. durch elektrochemische Prozesse, Schweißnähte oder Kontakt mit H₂-Gas). Im Stahl lagert sich Wasserstoff an Fehlstellen oder Korngrenzen an, was die Duktilität und Zähigkeit drastisch reduzieren und zu Sprödbruch führen kann. Schutzschichten, Legierungselemente oder mikrostrukturelle Barrieren müssen entwickelt werden, um die Wasserstoffdiffusion zu vermeiden.
- Mikrostrukturdesign: Mikrostrukturen (z. B. Martensit, Bainit, Austenit) haben unterschiedliche Empfindlichkeiten gegenüber Wasserstoff und Korrosion. Oft sind Eigenschaften, die Korrosionsbeständigkeit fördern, nachteilig für die Wasserstoffresistenz – und umgekehrt. Benötigt werden feinkörnige, homogen verteilte Phasen, die Wasserstoffrisse hemmen. Austenitische Gefüge sind zäher, aber teurer und schwerer herzustellen. Zudem gilt es schädliche Ausscheidungen zu vermeiden, z. B. Karbide oder Sigma-Phasen, die die Korngrenzen schwächen.
- Legierungsentwicklung mit minimalem Anteil teurer Elemente: Hochlegierte Stähle mit exzellenter Beständigkeit (z. B. Superduplex- oder hoch-nickelhaltige Stähle) sind sehr teuer. Der Einsatz von z. B. Nickel, Molybdän, Vanadium verbessert die Eigenschaften, ist aber kostenintensiv und teilweise rohstoffkritisch.