Advanced in-situ electrochemical nanoindentation for investigating hydrogen-materials interactions

Titel in Übersetzung: Elektrochemische in-situ Nanoindentation zur Untersuchung des plastischem Verformungsverhalten unter dem Einfluss von Wasserstoff

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

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Abstract

Angesichts des gegenwärtig weltweit steigenden Energiebedarfs und dem gleichzeitigen Bestreben nach Verringerung der CO2 Emissionen, ergibt sich die Notwendigkeit neue und umweltfreundliche Energieträger zu finden, damit diese beiden Ziele verwirklichet werden können. Große Hoffnung im Bereich der nachhaltigen Energieversorgung, sei es für Speicherung, Transport oder Mobilität, wird hierbei auf den Wasserstoff gesetzt. Um eine sicheren Umgang mit diesem Energieträger zu ermöglichen, ist es unerlässlich die eingesetzten Materialien auf ihre Beständigkeit unter dem Einfluss von Wasserstoff zu untersuchen. Obwohl die Problematik der Wasserstoffversprödung von Metallen schon über viele Jahre hinweg erforscht wird, wurde noch kein Konsens über die herrschenden Mechanismen erzielt. Außerdem sind in den letzten Jahren einige Schadensfälle an Einsatzkomponenten aus Nickelbasis-Legierungen in der Erdöl- und Erdgasindustrie zu verzeichnen gewesen, welche auf ein Versagen durch Wasserstoffversprödung zurückzuführen sind. Um Klarheit über die herrschenden Mechanismen und die Versagensursachen zu erlangen, ist die Wissenschaft bestrebt bestehende experimentelle Methoden zu verbessern und neue Lösungsansätze zu finden, um bestehende Materialien weiterzuentwickeln und damit weiteren Schadensfällen vorzubeugen.
In der vorliegenden Dissertation wird daher die Methode der elektrochemischen in-situ Nanoindentation implementiert, angewandt und mit vertiefenden Methoden weiterentwickelt. Neben der Ermittlung der grundlegenden mechanischen Eigenschaften von Elastizitätsmodul und Härte, stand vor allem die Untersuchung der plastischen Verformungsmechanismen im Vordergrund. Die Versuche, durchgeführt an der Nickelbasislegierung 725, zeigten einen wasserstoffinduzierten Anstieg der Härte für beide untersuchten Wärmebehandlungen. Ebenso konnte der Einfluss des Wasserstoffs auf die Verformungsparameter der Dehnratenabhängigkeit und des Aktivierungsvolumens gezeigt werden. Komplementiert wurden diese Experimente mit der optischen Evaluierung der plastisch verformten Zone mittels Rasterelektronenmikroskopie sowie konfokaler Laserscanning-Mikroskopie. Darüber hinaus wurde an obengenannter Legierung ein Konzept des segregationsbasierten Korngrenzdesigns entwickelt. Dieses setzt sich aus einer Voraussage mittels unterschiedlicher Simulationsmethoden und der experimentellen Verifikation der Korngrenzsegregation mittels Atomsonden-Tomographie zusammen. Es konnte eine außerordentlich gute, quantitative Übereinstimmung der verwendeten Methoden erreicht werden, welche in Zukunft für die Entwicklung und Verbesserung von anderen Nickelbasis-Legierungen eingesetzt werden kann.
Die obengenannten Methoden sollen dazu beitragen, ein besseres Verständnis der ablaufenden Mechanismen zu erlangen, sowie die Möglichkeiten eröffnen, Materialien auf ihre Beständigkeit zu prüfen und gezielte Optimierungen durchzuführen, um den hohen Anforderungen für den zukünftigen Einsatz unter dem Einwirken von Wasserstoff gerecht zu werden.
Titel in ÜbersetzungElektrochemische in-situ Nanoindentation zur Untersuchung des plastischem Verformungsverhalten unter dem Einfluss von Wasserstoff
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Gradverleihende Hochschule
  • Montanuniversität
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Brinkmann, Steffen, Beurteiler A (extern), Externe Person
  • Schnitzer, Ronald, Beurteiler A (intern)
  • Maier-Kiener, Verena, Betreuer (intern)
  • Pippan, Reinhard, Mitbetreuer (intern)
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2021

Bibliographische Notiz

nicht gesperrt

Schlagwörter

  • elektrochemische in-situ Nanoindentation
  • Nickelbasis-Superlegierung
  • Wasserstoffversprödung

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