Oberflächenbehandlung zur Reduzierung der Wasserstoffdiffusion in Stahltanks
Die Salzgitter Mannesmann Forschung GmbH und das Fraunhofer IST entwickeln Oberflächenbehandlungen als Schutz gegen die Wasserstoffversprödung in höchstfesten Typ-I-Tanks. Die Barriereschicht soll die Aufnahme von Wasserstoff in den Werkstoff Stahl verhindern.
Motivation und Zielsetzung
Trotz der sehr guten Recyclingfähigkeit, niedrigen Werkstoffpreisen und wirtschaftlichen Fertigungsverfahren ist der Einsatz von Stahltanks derzeit limitiert. Grund hierfür sind die hohen Eigengewichte und die Neigung höchstfester Stahlsorten zur Wasserstoffversprödung.
Das Forschungsziel des Projektes ist daher die Entwicklung einer Wasserstoffbarriere für Tanks aus höchstfesten Stahlrohren. Der Einsatz dieser Werkstoffe ermöglicht eine Reduktion der Wandstärke und bietet damit das Potenzial Gewicht, Kosten und CO2-Emissionen einzusparen.
Vorgehensweise
Das Fraunhofer IST identifiziert, prüft und bewertet potenzielle Oberflächenbehandlungen zur Verhinderung der Wasserstoffversprödung. Diese umfassen sowohl Oberflächenbeschichtungen als auch -modifizierungen, die als Barriere wirken und die Wasserstoffaufnahme und -diffusion reduzieren.
Die Salzgitter Mannesmann Forschung entwickelt eine Prüfvorrichtung zur Messung der Wasserstoffpermeation und überprüft die Wirksamkeit der Beschichtung als Wasserstoffbarriere.
Wasserstoffversprödung
Literaturrecherche
Potenzielle Oberflächenbehandlungen:
- Galvanische Zi-Ni-Schichten weisen eine geringe Wasserstoffdiffusion auf
- Oxidische und nitridische Modifikationen von Al, Ti und Cr zeigen um zwei Größenordnungen geringere Permeationswerte
Folgende Schichteigenschaften haben starken Einfluss auf die Permeation:
- Verhältnis Karbid-Metall
- Struktur der Schicht (Rauheit, Morphologie, Korngröße)
- Schichtdicke
Wasserstoffpermeation
Der gasförmige Wasserstoff wird in der Druckkammer mit bis zu 200 bar gegen die scheibenförmige Materialprobe gedrückt. Auf der gegenüberliegenden Seite befindet sich die Messzelle, die den austretenden Wasserstoff detektiert. Zusätzlich kann die Probe elastisch belastet werden, da dies einen Einfluss auf die Wasserstoffaufnahme haben kann. So kann unter Bedingungen wie in einem Hochdrucktank das Eindringen von Wasserstoff aus der Gasphase in eine Stahlprobe bestimmt werden. Zunächst wird die Prüfvorrichtung aufgebaut und die Methodik etabliert. Die Messung von beschichteten Proben ermöglicht es, die Barrierewirkung zu bestimmen.
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