Unterschiedliches Materialverhalten

"Bei einer experimentellen Legierung haben wir eine massiv verschlechterte Bruchdehnung beobachtet. Damit wird die Verformbarkeit eines Werkstoffs bis zum Bruch beschrieben – der Werkstoff war also praktisch unbrauchbar geworden." Bei einer der heute kommerziell verfügbaren Superlegierungen war die Versprödung hingegen geringfügig.

Um die Oberflächen der verschiedenen Legierungen zu untersuchen, nutzt das Team eine Reihe von Verfahren, darunter die klassische optische Mikroskopie und Elektronenmikroskopie. Wenn man tiefer ins Material hineinschauen möchte, bietet sich einerseits Röntgenstrahlung an, andererseits Neutronenstrahlung.

Mehr Durchblick mit Neutronen

Jede Methode hat Vor- und Nachteile. "Mit Röntgenstrahlung kann man zwar ein Objekt gut durchleuchten, aber viele Erkenntnisse lassen sich nur mit Neutronenstrahlung gewinnen" , erläutert der Forscher. Die Neutronen, die vom Forschungsreaktor FRM II in Garching oder vergleichbaren Forschungsreaktoren geliefert werden, sind sehr durchdringend. Man kann damit komplette Motorblöcke oder große Turbinenschaufeln durchleuchten.

Außerdem haben Neutronen fast die identische Masse wie Wasserstoffatomkerne. Dadurch werden sie beim Durchleuchten eines Werkstoffs von den Wasserstoffatomen abgelenkt. Das liefert wichtige Einblicke, wie sich der Wasserstoff in dem Werkstoff verteilt.

Die Legierungszusammensetzung und die resultierende Mikrostruktur der Superlegierungen scheinen einen großen Einfluss auf die Wasserstoffversprödung zu haben. Es gibt noch viele offene Fragen, die das Team in den kommenden Forschungsprojekten angehen will.

Superlegierungen reagieren anders

Superlegierungen bestehen aus bis zu 15 verschiedenen Legierungselementen. Geringfügige Unterschiede in den komplexen chemischen Zusammensetzungen können zu völlig anderen Werkstoffeigenschaften führen. "Wenn nun in einer Brennkammer oder Turbine noch der Faktor Wasserstoff ins Spiel kommt, können die eingesetzten Werkstoffe durchaus ein anderes Verhalten zeigen, als wir es gewohnt sind" , schließt Neumeier.

Man darf gespannt sein, welche neuen und optimierten Materialien sich in den nächsten Jahren durchsetzen werden, wenn die Wasserstoffwirtschaft so richtig in Schwung kommt.