Wasserstoff-Mikrostruktur Wechselwirkungen in Eisenlegierungen auf kleinen Skalen: vom amorphen, über Nanokristalle zu Vielkristallen

• Antragstellerin: Dr. María Jazmín Duarte Correa
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 318876084

Wasserstoffversprödung (WV) führt zu jährlichen weltweiten Schäden und Stahl ist besonders anfällig für dieses Versagen. In der Vergangenheit konzentrierten sich einige Untersuchungen auf Stahl, deutlich weniger auf amorphe Legierungen und einige wenige findet man zu nanokristallinen Materialien. Obwohl kristalline Metalle häufig untersucht wurden, mangelt es noch an fundamentalem Verständnis und es existieren Kontroversen bezüglich der speziellen Effekte von H und deren Versagensmechanismen in Materialien.Dieses Projekt wird Erkenntnisse zu Wasserstoffeffekten auf das mechanische Verhalten auf kleinen Längenskalen in Eisenlegierungen generieren, die sich in ihrer atomaren Ordnung unterscheiden. Die Wechselwirkung von mechanischen, chemischen und elektrochemischen Eigenschaften wird mittels in-situ Nanoindentation bei gleichzeitiger elektrochemischer H-Beladung der Probe untersucht. Die Proben bestehen aus einphasigen Eisenlegierungen mit Chromkonzentrationen, die ähnlich zu den in Edelstahl sind: amorphes Fe50Cr15Mo15C14B6, sowie nanokristalline und polykristalline ferritische Fe-Cr Legierungen. Von besonderem Interesse sind die ausgeprägten Verformungsmechanismen: Gleitbänder in amorphen Legierungen und Versetzungsplastizität in den kristallinen, und deren jeweiliges Verhalten bei H-Adsorption. Nanokristalline Legierungen werden untersucht, um die Wechselwirkung von Gleitbändern- und Versetzungsdominierten Verformungsmechanismen der WV zu beleuchten.Wir werden die Indikatoren für Versprödung, Plastizitätsentstehung, die Härte und den Elastizitätsmodul, für mit H beladene und unbeladene Proben identifizieren. Untersuchungen der Korngrenze in kristallinen Legierungen wird die mögliche Dekohesion durch H in Gebieten von Spannungskonzentrationen bestimmen. Quantitative Erkenntnisse zu den Mikrostrukturveränderungen werden mittels hochauflösenden Methoden erzielt: Transmissionselektronenmikroskopie, Rasterkraftmikroskopie und Orientierungskontrast im Rasterelektronenmikroskop (Electron Channeling Contrast Imaging (ECCI)). Die H-Konzentration und Permeation werden mittels thermische Desorptionsspektroskopie und Raster-Kelvin-Sonden-Messungen quantifiziert, um die mechanischen und mikrostrukturellen Daten mit der H-Konzentration und Verteilung zu korrelieren.Die fundamentalen Erkenntnisse zu den WV-Mechanismen und der Effekte von H-Adsorption in Eisen-Legierungen auf die mechanische Antwort, die zwischen Versetzungsplastizität und Gleitbänder unterscheidet, wird wertvolle Erkenntnisse zur Verbesserung der Langzeitstabilität der Materialien liefern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen