Wie bringt man den Wasserstoff ins Metall?

"Um den Einfluss von Wasserstoff zu verstehen, vergleichen wir deshalb das Verhalten verschiedener Legierungen einmal mit und einmal ohne Wasserstoff im Material" , sagt Neumeier. Doch wie bekommt man den Wasserstoff kontrolliert in Metalle hinein?

Dazu nutzen die Forscher zwei Methoden: "Das schaffen wir entweder durch elektrochemische Beladung, indem wir den Wasserstoff also mit der Unterstützung eines elektrischen Potenzials in das Material diffundieren lassen – oder unter einer Hochdruck-Wasserstoffatmosphäre bei hohen Temperaturen in einem sogenannten Autoklav." Bei einem Druck von rund 1.000 bar und Temperaturen von 300 Grad Celsius lassen sich auch Superlegierungen mit Wasserstoff nicht nur oberflächennah beladen.

Anschließend charakterisieren die Wissenschaftler die mechanischen Eigenschaften wie die Zugfestigkeit und erforschen die Mikrostruktur. "Das ist besonders wichtig," sagt Neumeier. Bislang sei bei vielen Legierungen bekannt, wie sie sich bei hohen Temperaturen verhalten. Aber der Grund für das Verhalten liegt in der nur schlecht verstandenen mikroskopischen Struktur der Werkstoffe – vor allem, wenn auch noch Wasserstoff ins Spiel kommt.

Die Mikrostruktur muss verstanden werden

Dann ist ein gutes Verständnis der Mikrostruktur wichtig, um gezielt neue Werkstoffe entwickeln zu können, welche die damit einhergehenden Veränderungen möglichst gut vertragen.

Wenn Wasserstoff in eine Legierung eindringt, lagert er sich vorzugsweise an bestimmten Stellen an, etwa an bestimmten Plätzen im Kristallgitter wie den Korngrenzen. Dort ändert sich die Orientierung der Kristalle abrupt. Je nachdem, um was für ein Kristallgitter es sich bei einer bestimmten Legierung handelt, kann die Menge an aufgenommenem Wasserstoff und die Geschwindigkeit, mit der das passiert, variieren.

Grundsätzlich führt das Eindringen von Wasserstoff dazu, dass sich das Kristallgitter ein wenig aufweitet. Das bewirkt die unerwünschte Wasserstoffversprödung. "Doch dieser Effekt kann sehr unterschiedlich sein" , sagt Neumeier.