Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM
Die Wirkung von Wasserstoff auf Werkstoffe verstehen, beherrschen und nutzen
© Fraunhofer IWM
Wasserstoffforschung am Fraunhofer IWM
Wasserstoff spielt in allen Zukunftsszenarien der Energiewirtschaft eine prominente Rolle. Als verbindendes Element zwischen unterschiedlichen Bereichen der Energieversorgung trägt Wasserstoff zu einer nachhaltigen Umwandlung, Speicherung und Nutzung von Energie bei. Wasserstofftechnologie unterstützt den Ausbau erneuerbarer Energiesyteme und die Vermeidung des CO2-Ausstoßes.
Fertigungs- oder betriebsbedingt kann Wasserstoff in atomarer Form eingelagert werden und strukturelle Schädigungsmechanismen in Gang setzen, die Bauteilversagen bewirken. Daher sind bei vielen Materialien, insbesondere Hochleistungswerkstoffen im Kontakt mit Wasserstoff, während der Entwicklung, der Fertigung und des Einsatzes Diffusions-, Reaktions- und Schädigungsprozessen zu beachten, um einen sicheren Betrieb und eine lange Lebensdauer von Systemen im Kontakt mit Wasserstoff zu gewährleisten.
Wasserstoff @ Fraunhofer IWM
Eine fortschrittliche Beschreibung und Bewertung der Wirkung von Wasserstoff auf Werkstoffe berücksichtigt Mechanismen auf makroskopischen und mikrostrukturellen Skalen ebenso wie auf der atomaren Skala und überträgt diese Mechanismen in zuverlässige Lebensdauervorhersagen und Risikoeinschätzungen. Genau diesen Ansprüchen wird das Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM mit seinem Forschungs- und Entwicklungsschwerpunkt Werkstoffe im Kontakt mit Wasserstoff gerecht.
Unsere Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zielen darauf ab, Wechselwirkungen von atomarem oder molekularem Wasserstoff im Kontakt mit Werkstoffen mit experimentellen Methoden und theoretischen Modellen zu beschreiben: Adsorption, Desorption, Dissoziation und Assoziation von molekularen wasserstoffhaltigen Gasen oder Fluiden an Werkstoffoberflächen, Absorption, Permeation, Diffusion und Reaktion von atomarem Wasserstoff in Werkstoffgefügen. Damit ermöglichen wir eine zielsichere mechanistische Beschreibung von Schädigungsabläufen, eine Bewertung des Werkstoff- und Bauteilverhaltens und die Ableitung von Designrichtlinien und Lebensdauervorhersagen.
Anwendungsspezifische Bewertung und Qualifizierung von Werkstoffen
Zugversuch mit Wasserstoffbeaufschlagung / Permeationsversuch unter Last.
Zu den FAQ zur Wasserstoffforschung am Fraunhofer IWM
- Experimentelle Bestimmung des diffusiblen und getrappten Wasserstoffs in Werkstoffen, Dichte der Wasserstofffallen und deren Bindungsenergien.
- In situ-Degradations- und Festigkeitsuntersuchungen unter statischer, dynamischer, zyklischer und thermischer Belastung.
- Bestimmung bruchmechanischer Kennwerte unter Druck- oder elektrochemisch angebotenem Wasserstoff.
Kontakt:
Dr. Thorsten Michler, Telefon: +49 761 5142-475, E-Mail senden
Werkstoffdesign für Wasserstofftechnologien
- Mikro- und multiskalige mechanistische Modellierung von Wasserstoff in Werkstoffen mit quantenmechanischen und atomistischen Computersimulationsmethoden
- Simulation der Adsorbtion von Wasserstoff an, des Eindringens von Wasserstoff in, der Migration von Wasserstoff durch, sowie der Reaktion von Wasserstoff mit Werkstoffen
- Berechnung von Bindungsenergien, Aktivierungsenergien, struktur- und temperaturabhängigen Diffusivitäten von Wasserstoff in Materialgefügen
- Computational Design, Optimierung und Screening von Einlagerungsverbindungen für Wasserstoff als Funktionsmaterialien für Energiesysteme, Metallhydridspeicher, Ionenbatterien und Brennstoffzellen
- Experimentelle mikromechanische Beobachtung und Aufklärung von wasserstoffinduzierten Materialschädigungsprozessen an mikroskaligen Werkstoffproben
Kontakt:
Dr. Daniel Urban, Telefon: +49 761 5142-492-378, E-Mail senden
Dr. Julian Gebhardt, Telefon: +49 761 5142-492-255, E-Mail senden
Wasserstoff in tribologischen Systemen
White etching cracks unterhalb der wälzbeanspruchten Lagerlaufbahn.
- Risikobewertung von Schmierstoffen hinsichtlich wasserstoffinduzierter Gleit- und Wälzlagerschäden
- Konzepte zur Vermeidung von wasserstoffinduzierter Oberflächenschädigung unter tribologischer Beanspruchung
- Modellierung von Wasserstoff im Tribokontakt
Kontakt:
Dr. Dominik Kürten, Telefon: +49 761 5142-148, E-Mail senden
Wasserstoff in Fertigungsprozessen
Galvanisch abgeschiedene, mikrorissige Hartchromschicht
- Analyse der Fertigungskette hinsichtlich temporärem und dauerhaftem Wasserstoffeintrag
- Modellierung von Effusionsbehandlungen
- Modellierung und Bewertung von Kaltrissen in Schweißverbindungen
Kontakt:
Dr. Johannes Preußner, Telefon: +49 761 5142-101, E-Mail senden
Dr. Frank Schweizer, Telefon: +49 761 5142-122, E-Mail senden
Festigkeitsanalysen und Lebensdauermodellierung
Skalenübergreifende Modellierung der wasserstoffunterstützten Rissausbreitung.
Zu den FAQ zur Wasserstoffforschung am Fraunhofer IWM
- Festigkeitsanalysen und Versagensbewertung für Bauteile
- Modelle für diffusionsgesteuerte Rissausbreitung
- Lebensdauermodelle (DTMF) für Bauteile unter Wasserstoffversprödung
Kontakt:
Heiner Oesterlin: +49 761 5142-170, E-Mail senden
Laboreröffnung und Fachworkshop Wasserstoff am 10. und 11. April 2019
Den Workshop »Die Wirkung von Wasserstoff auf Werkstoffe beherrschen« nehmen wir zum Anlass, gemeinsam mit prominenten Vertretern aus Industrie und Wissenschaft aktuelle Lösungen zum Einsatz von Werkstoffen im Kontakt mit Wasserstoff vorzustellen und zukunftsweisende Konzepte zu diskutieren.
Wir haben am Fraunhofer IWM eine erhebliche Erweiterung unserer praktischen und theoretischen Möglichkeiten zur Werkstoff-Wasserstoff-Mechanik aufgebaut: neue Laborräumlichkeiten, neue Experimentiertechniken und neue Simulationswerkzeuge, die wir Ihnen Rahmen dieses Workshops vorstellen.
