Was ist Wasserstoffversprödung?
Wasserstoffversprödung ist ein technischer Begriff, der sich auf einen Kompromiss bei der Zugfestigkeit eines geformten Metalls oder einer Legierung aufgrund einer Infiltration von gasförmigem oder atomarem Wasserstoff bezieht. Kurz gesagt, Wasserstoffmoleküle, die das Metall besetzen, reagieren so, dass das Material spröde und zu Rissen neigt. Offensichtlich ist die Wasserstoffversprödung mit erheblichen Problemen verbunden, da sie auf die strukturelle Integrität von Brücken, Wolkenkratzern, Flugzeugen, Schiffen usw. angewiesen ist. Tatsächlich führt dieses natürliche Phänomen zu einem als katastrophales Bruchversagen bekannten Zustand und ist die direkte Ursache dafür viele mechanische Katastrophen, die sich an Land, in der Luft und auf See ereignet haben.
Der Prozess beginnt mit der Einwirkung von Wasserstoff, der auftreten kann, während ein Metall bestimmten Herstellungsprozessen wie Galvanisierung unterzogen wird. Eine erfolgreiche Beschichtung hängt von der Vorbereitung des Metalls mit einem Säurebad ab, bevor es Chromschichten aufnehmen kann. Die beim Beizen und Plattieren verwendete Elektrizität löst eine Reaktion namens Hydrolyse aus, bei der Wassermoleküle in positiv geladene Wasserstoffionen und negativ geladene Hydroxidanionen zerlegt werden.
Wasserstoff ist auch ein Nebenprodukt von korrosiven Reaktionen wie Rost. Die Zersetzung von Wasserstoff kann auch durch Maßnahmen ausgelöst werden, die bei unsachgemäßer Anwendung ergriffen werden, um dies zu verhindern. Zum Beispiel kann Wasserstoffversprödung manchmal dem kathodischen Schutz zugeschrieben werden, der die Korrosionsbeständigkeit von beschichtetem Metall durch Modifizieren der wasserstoffempfindlichen Komponenten des Materials erhöhen soll. Dies wird erreicht, indem ein Gegenstrom eingeführt wird, um das "Opfer" von metallischen Anoden zu verursachen, die ein niedrigeres Korrosionspotential als das Metall selbst besitzen. In der Tat wird das Material polarisiert.
Sobald jedoch Wasserstoff vorhanden ist, beginnen sich einzelne Atome im gesamten Metall zu verteilen und sammeln sich in winzigen Räumen in seiner Mikrostruktur an, wo sie sich dann zu Wasserstoffmolekülen umgruppieren. Der absorbierte Wasserstoff, der jetzt gefangen ist, sucht einen Ausweg. Dies geschieht durch die Erzeugung eines Innendrucks, der es dem Wasserstoff ermöglicht, in Blasen auszutreten, die schließlich die Metalloberfläche sprengen. Um diesem Prozess entgegenzuwirken, muss das Metall innerhalb einer Stunde oder weniger nach dem Galvanisieren eingebrannt werden, damit der eingeschlossene Wasserstoff aus den Überzugsschichten entweichen kann, ohne Risse oder Spannungspunkte zu erzeugen.
Während Wasserstoff in die meisten Metalle eindringen kann, ist bekannt, dass bestimmte Metalle und Legierungen anfälliger für Wasserstoffversprödung sind, nämlich magnetischer Stahl, Titan und Nickel. Kupfer, Aluminium und Edelstahl sind dagegen am wenigsten betroffen. Stahl und sauerstoffhaltiges Kupfer können jedoch anfällig für Versprödung werden, wenn es Wasserstoff unter hoher Hitze oder hohem Druck ausgesetzt wird. Entsprechend werden diese Materialien durch Wasserstoffangriff oder Dampfversprödung beeinträchtigt, die durch Reaktionen zwischen hydratisierten Molekülen und Kohlenstoff- oder Kupferoxiden erzeugt werden.