Wasserstoffversprödung
Die Zukunftstechnologie Wasserstoff bringt einige technische Herausforderungen mit sich. Das Gas kann sich beispielsweise negativ auf die mechanischen Eigenschaften metallischer Werkstoffe auswirken und Schäden verursachen.
Wasserstoffgas verändert die Mikrostruktur von Metall
Die Wasserstoffversprödung (hydrogen embrittlement ; HE) erfolgt durch Eindringen und Einlagerung von Wasserstoffatomen in Metalle oder Legierungen. Entsteht auf einer Metalloberfläche Wasserstoff in atomarer Form, fügt er sich nicht etwa zu diffusionsunfähigen H2-Molekülen zusammen, sondern diffundiert als Wasserstoffgas in die Mikrostruktur des Materials. Das Gas lagert sich bevorzugt an den Korngrenzen und Fehlstellen des Metallgitters ein, wo sich die Atome schnell wieder zu H2-Molekülen rekombinieren.
Duktilität und Tragfähigkeit werden dadurch verringert und führen zu Rissbildung und Brüchen unterhalb der ursprünglichen Dehn- und Streckgrenzen. Das Material wird schließlich unbrauchbar.
Für eine Rissbildung müssen drei Faktoren zusammenspielen:
- Kritische Wasserstoffkonzentration (CH)
- Spannungsniveau
- Materialeigenschaften
Bei einer Wasserstoffversprödung wird differenziert zwischen umgebungsbedingter Wasserstoffversprödung, die durch Wasserstoff aus der Umgebung verursacht wird, und interner Wasserstoffversprödung, ausgelöst durch Restwasserstoff, der während des Herstellungsprozesses in das Material eintritt.
Beeinflusst wird das Risiko durch die Härte des Materials (HRC, gemessen in Rockwell). Hierbei gilt: Je härter das Metall, desto anfälliger!
Besonders anfällig für wasserstoffbedingten Sprödbruch sind höherfeste Stähle mit einem hohen Martensit-Gehalt. Edelstähle mit niedrigem Kohlenstoffgehalt wie z. B. 1.4404 oder 1.4571 sind mit einem HRC-Wert <20 weitgehend unempfindlich dagegen und werden als Standardwerkstoff in der Wasserstofftechnik eingesetzt. Auch 316er Edelstahl mit 12% Nickelanteil ist für die besonderen Herausforderungen in Wasserstoffsystemen besonders geeignet.
Schutz vor wasserstoffbedingtem Sprödbruch
Mögliche Vermeidungsmassnahmen sind der Schutz vor den korrosionsverursachenden Bedingungen, beispielsweise durch die richtige Materialauswahl oder eine spezielle Beschichtung des Materials, um den direkten Kontakt mit Wasserstoff zu verhindern.
Beim Einsatz von Industriearmaturen sind sowohl die innere Dichtheit des Ventils als auch die Dichtheit nach außen von besonderer Bedeutung.
Für den Einsatz in der Wasserstofftechnologie sind Mankenberg-Armaturen aus tiefgezogenem Edelstahl auch dank ihrer kompakten Bauform und Druckfestigkeit äußerst resistent gegen Korrosion und Wasserstoffversprödung.
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