In-situ investigations of hydrogen-material interaction

Titel in Übersetzung: In-situ-Untersuchungen von Wasserstoff-Material-Wechselwirkungen

Agustina Massone

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

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Abstract

Mit der Notwendigkeit, alternative Energiequellen für eine zukünftige grünere Welt zu finden, ergeben sich neue technische Herausforderungen. Die Verbesserung und Entwicklung bestehender oder neuer Materialien ist eine Voraussetzung für die Implementierung dieser neuartigen alternativen Energiequellen. Da Wasserstoff ein potenzieller Energieträger ist, der Elektrizität ohne CO2-Emission erzeugen kann, muss die Wechselwirkung von Wasserstoff mit den genannten Materialien verstanden werden, damit diese in solchen Umgebungen sicher funktionieren können. Die Wirkung von Wasserstoff auf Materialien wird seit vielen Jahren untersucht, aber die verschiedenen experimentellen Methoden und Ergebnisse führen immer noch zu unterschiedlichen Interpretationen und Kontroversen. Das Hauptaugenmerk dieser Arbeit lag auf der Entwicklung einer neuartigen experimentellen Methodik zur Untersuchung von Wasserstoffeffekten. Es wurde ein ausgeklügelter neuartiger Ansatz entwickelt, der in-situ Wasserstoffladung, Zugversuche und hochauflösende Beobachtung kombiniert. Das Verfahren ermöglicht die Überwachung der Verformung einer metallischen Probe ohne das Risiko einer Wasserstoffausgasung. Dies ist bei Materialien mit hoher Wasserstoffdiffusionsfähigkeit kritisch, da bei einer ex-situ Beladung der Wasserstoff ab Beginn des Tests verloren ginge. Die neuartige in-situ Methode wurde angewandt, um die Wirkung von Wasserstoff auf drei Materialien zu untersuchen: eine Nickelbasis Legierung, einen mehrphasigen hochfesten Stahl und eine Wolframbasis Legierung. Die mechanischen Eigenschaften, die Bruchflächenmorphologien und das Rissausbreitungsverhalten wurden mit und ohne Wasserstoff untersucht, wobei für jedes Material unterschiedliche Anfälligkeitsgrade für Wasserstoffversprödung nachgewiesen wurden. Darüber hinaus wurde die jeweilige Wasserstoffkonzentration mit einem einfachen analytischen Modell und einem komplementären komplexeren Simulationsmodell berechnet. Schließlich wurden verschiedene kürzlich entwickelte in-situ und in-operando Methoden kritisch betrachtet. Alle diese Methoden können vorteilhaft angewendet werden, um Materialien die in verschiedenen wasserstoffbezogenen Anwendungen verwendet werden sollen zu untersuchen, und sollten daher bei zukünftigen Forschungsvorhaben auf unserem Weg zu einer nachhaltigen Gesellschaft berücksichtigt werden.
Titel in ÜbersetzungIn-situ-Untersuchungen von Wasserstoff-Material-Wechselwirkungen
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Gradverleihende Hochschule
  • Montanuniversität
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Schnitzer, Ronald, Mitbetreuer (intern)
  • Clemens, Helmut, Beurteiler B (intern)
  • Pippan, Reinhard, Beurteiler A (intern)
  • Kiener, Daniel, Betreuer (intern)
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2021

Bibliographische Notiz

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Schlagwörter

  • Wasserstoff
  • Plasma-Aufladung
  • In-situ-Untersuchungen
  • Rasterelektronenmikroskop

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