Forschende machen Stahl wasserstofffest

Beim geplanten künftigen Einsatz von Wasserstoff in vielen Bereichen der Energieversorgung, Industrieproduktion und Mobilität stellen sich die korrosiven Eigenschaften des Gases zunehmend als ein Problem heraus. Klassischer hochlegierter Stahl wird durch den Kontakt mit Wasserstoff brüchig, wodurch sich Risse bilden.

"Stahl stellt 90 Prozent des Weltmarkts für metallische Legierungen und ist zugleich besonders anfällig für die Versprödung durch Wasserstoff", erläutert Binhan Sun, Forscher am Max-Planck-Institut für Eisenforschung (MPIE) in Düsseldorf. Gemeinsam mit Kollegen aus Norwegen und China hat er einen Weg gefunden, die Rissbildung in Stahl durch Wasserstoff unter Kontrolle zu bekommen.

Ihre Lösung besteht darin, in die kristalline Struktur von Stählen gezielt Bereiche mit einem hohen Anteil des Metalls Mangan einzubringen. Diese mikroskopischen Mangan-Domänen − mehr als 2 x 10^{18 pro Kubikmeter an der Zahl − sind in der Lage, die durch den Wasserstoff verursachten Risse bereits nach einer minimalen Ausbreitung zu stoppen.}

Diese Pufferzonen machen den Stahl doppelt so widerstandsfähig gegen Wasserstoff wie herkömmliche Stahllegierungen, so Dirk Ponge, Leiter der MPIE-Arbeitsgruppe "Mechanism-based Alloy Design". Das Verfahren könne nach bisherigen Erkenntnissen auf zehn etablierte Stahlsorten angewandt werden. Zudem könne es prinzipiell auch für andere Legierungen, etwa auf Basis von Titan, verwendet werden, die ebenfalls eine hohe Resistenz gegenüber Wasserstoff benötigten. 

Zunächst wollen die Forschenden aber ihre Methoden zur Herstellung der Mangan-Domänen in der Mikrostruktur von Legierungen noch verbessern.