Was ist Wasserstoffversprödung?

Wasserstoffversprödung ist ein Prozess, bei dem Materialien, insbesondere Metalle, durch die Aufnahme von Wasserstoff spröde und brüchig werden. Dieser Effekt tritt häufig in corrosiven Umgebungen auf und kann die strukturelle Integrität von Bauteilen gefährden. Wasserstoffversprödung ist besonders relevant in der Industrie, wo Sicherheit und Effizienz entscheidend sind.

Wasserstoffversprödung ist ein technischer Begriff, der sich auf eine Beeinträchtigung der Zugfestigkeit eines Gussmetalls oder einer Gusslegierung aufgrund des Eindringens von gasförmigem oder atomarem Wasserstoff bezieht. Kurz gesagt, die Wasserstoffmoleküle, die das Metall besetzen, reagieren auf eine Weise, die das Material spröde und anfällig für Risse macht. Offensichtlich stellt die Wasserstoffversprödung erhebliche Probleme dar, wenn es darum geht, der strukturellen Integrität von Brücken, Wolkenkratzern, Flugzeugen, Schiffen usw. vertrauen zu können. Tatsächlich führt dieses natürliche Phänomen zu einem Zustand, der als katastrophales Bruchversagen bekannt ist, und ist die direkte Ursache für viele mechanische Katastrophen, die sich an Land sowie in der Luft und auf See ereignet haben.

Der Prozess beginnt mit der Einwirkung von Wasserstoff, der auftreten kann, während ein Metall bestimmte Herstellungsprozesse durchläuft, beispielsweise das Galvanisieren. Für eine erfolgreiche Galvanisierung muss das Metall mit einem Säurebad vorbereitet werden, bevor es Chromschichten aufnehmen kann. Der beim „Beizen“ und Galvanisieren verwendete Strom löst eine Reaktion namens Hydrolyse aus, bei der Wassermoleküle in positiv geladene Wasserstoffionen und negativ geladene Hydroxidanionen zerlegt werden.

Wasserstoff ist auch ein Nebenprodukt korrosiver Reaktionen wie Oxidation. Die Wasserstoffzersetzung kann bei falscher Anwendung auch durch die gleichen Maßnahmen ausgelöst werden, die zu ihrer Verhinderung ergriffen werden. Wasserstoffversprödung kann beispielsweise manchmal auf den kathodischen Schutz zurückgeführt werden, der die Korrosionsbeständigkeit des plattierten Metalls durch Modifizierung der wasserstoffempfindlichen Komponenten des Materials erhöhen soll. Dies wird erreicht, indem ein Gegenstrom eingeführt wird, um Metallanoden zu „opfern“, die ein geringeres Korrosionspotential als das Metall selbst haben. Tatsächlich ist das Material polarisiert.

Sobald jedoch Wasserstoff vorhanden ist, verteilen sich die einzelnen Atome im Metall und sammeln sich in winzigen Räumen seiner Mikrostruktur an, wo sie sich dann zu Wasserstoffmolekülen neu gruppieren. Der nun eingeschlossene absorbierte Wasserstoff beginnt, nach einem Ausweg zu suchen. Dies geschieht durch die Erzeugung von Innendruck, wodurch Wasserstoff in Blasen austreten kann, die schließlich die Oberfläche des Metalls aufplatzen lassen. Um diesem Prozess entgegenzuwirken, muss das Metall innerhalb einer Stunde oder weniger nach dem Galvanisieren gebrannt werden, damit eingeschlossener Wasserstoff aus den Galvanisierungsschichten entweichen kann, ohne dass Risse oder Spannungspunkte entstehen.

Während Wasserstoff in die meisten Metalle eindringen kann, sind bestimmte Metalle und Legierungen bekanntermaßen anfälliger für Wasserstoffversprödung, nämlich magnetischer Stahl, Titan und Nickel. Kupfer, Aluminium und Edelstahl sind dagegen weniger betroffen. Sauerstoffhaltiger Stahl und Kupfer können jedoch anfällig für Versprödung werden, wenn sie Wasserstoff bei hohen Temperaturen oder hohem Druck ausgesetzt werden. Dementsprechend werden diese Materialien durch Wasserstoffangriff oder Dampfversprödung beeinträchtigt, die durch Reaktionen zwischen hydratisierten Molekülen und Kohlenstoff- oder Kupferoxiden entstehen.

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