Forschung

PrüfWaS – Optimization of the test methods for environmental hydrogen embrittlement of high strength bolt materials with zinc-based coatings

Kurzdarstellung

Die Wechselwirkung metallischer Werkstoffe mit Wasserstoff ist ein seit über 100 Jahren bestehender und weitreichend diskutierter Forschungszweig. Neben vielzähligen technologischen Errungenschaften – wie zum Beispiel die Entwicklung des Nickel-Metallhydrid-Akkumulators (NiMH), welcher bereits flächendeckenden Einzug in die meisten Haushalte gefunden hat – sind nicht alle physikalischen Wechselwirkungen vorteilhaft für den technischen Nutzen. Insbesondere das Phänomen der sogenannten Wasserstoffversprödung konfrontiert sowohl Hersteller hochfester Konstruktionswerkstoffe als auch deren Anwender vor zunehmende Herausforderungen.

Am Beispiel hochfester Schraubenwerkstoffe mit Beschichtungssystemen auf Zinkbasis wird in dem Forschungsvorhaben „PrüfWas“ insbesondere das Thema der umgebungsbedingten Wasserstoffversprödung fokussiert. Die zinkbasierten Überzüge schützen den Grundwerkstoff (Stahl) durch ihre kathodische Schutzwirkung grundsätzlich vor der anodischen Metallauflösung. Gleichzeitig wird jedoch am Grundwerkstoff die kathodische Reduktion von Wasserstoff begünstigt. In atomarer Form kann dieser wiederum in das Kristallgitter eindiffundieren und zu einer Bauteilversprödung führen. Das Bauteil verliert seine Duktilität und es kommt zu einem spontanen, frühzeitigen Versagen.

Im Konkreten geht es nun darum, den Einfluss verschiedener Umgebungsbedingungen und somit unterschiedlicher Wasserstoffquellen zu quantifizieren. Die Forschungsaktivitäten konzentrieren sich dabei vor allem auf elektrochemische Wasserstoffquellen. Beispielsweise werden pH-Wert, Sauerstoff- und Chloridionenkonzentration in wässrigen NaCl-Lösungen variiert, wobei auch die kathodische Polarisation in wässrigen NaOH oder H2SO4 Lösungen stattfindet. Sowohl die Wasserstoffentwicklung als auch die Wasserstoffaufnahme werden quantifiziert und mit der Anfälligkeit einer Wasserstoffversprödung korreliert. Auf Basis der Ergebnisse wird anschließend die Testmethodik weiterentwickelt, um nicht nur einen anwendungsrelevanten Betrieb simulieren zu können, sondern auch bei der Neuentwicklung von Werkstoffen und Überzugsystemen ein aussagekräftiges Tool für Hersteller und Anwender zur Hand zu geben.

Förderhinweis

Das IGF-Vorhaben 20430 N der Forschungsvereinigung Forschungsgesellschaft Stahlverformung e.V. wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK)aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Die Langfassung des Abschlussberichtes kann bei der FSV, Goldene Pforte 1, 58093 Hagen, angefordert werden.