Vedyn haurastuminen

Vetyjen aiheuttama halkeilu ( englanninkielinen vedyn aiheuttama halkeilu , HIC )

Alle vetyhauraus tarkoitetaan muutosta haurauden aiheuttama tunkeutuminen ja sisällyttäminen vety osaksi metalliverkko on aiheuttanut. Tämä korroosion seuraus on samanlainen kuin materiaalien väsyminen - tuloksena on vetyyn liittyvä murtuminen, joka erityisesti rajoittaa alttiiden materiaalien käyttöä vedyn varastointiin .

vaikutus

Vetyhauraus tapahtuu, kun atomi vety on muodostettu metallin pinnalla - joko vety korroosion tai toisessa kemiallisessa reaktiossa metallien käsittely, jossa vety on osallisena (esim. Peittaus ) - joka diffundoituu materiaali nopeammin kuin se yhdistää pinnalla materiaalin muodostamiseksi diffundoitumattomia H ₂ -molekyylejä. Jotkut vetyä tallennettu , että metalli ristikko ja, kuten tapauksessa titaani , joka on metallihydridi voi muodostua. Muissa tapauksissa vety kerrostuu ensisijaisesti tyhjiöihin tai raerajoihin. Molemmissa tapauksissa tulos on metallin katkeruus.

Pyyhkäisyelektronimikroskooppikuva vedyn aiheuttamista vaurioista erittäin lujasta teräksestä, materiaalinumero 1.4614, haurailla ja sitkeillä murtumilla

Jos veto- ja / tai kuormitusjännitykset ovat riittävän suuria, on olemassa riski viivästyneestä hauraasta murtumisesta . Yksi puhuu viivästyneestä hauraasta murtumasta, koska vaurio vie aikaa ja materiaali rikkoutuu melkein ilman muodonmuutoksia liukuvien tukosten vuoksi. Tämä vaikutus on samanlainen kuin stressikorroosiomurtuminen ja rajoittaa metallien käyttöä vedyn varastointiin .

prosessi

Tiettyjen kemiallisten reaktioiden muodostama atomivety tunkeutuu metallimateriaalien rakenteeseen, jossa se yhdistyy uudelleen muodostaen molekyylivetyä hilavirheissä ja pysyy siellä. Tähän liittyvä paineen nousu johtaa sisäisiin rasituksiin ja materiaalin haurastumiseen lisäämättä lujuutta. Viime kädessä lopputulos on halkeamia, jotka leviävät sisältä ulospäin. In stressi korroosio halkeilua, tuotettu vety korroosioprosessin aikana diffundoituu halkeaman kärjessä ja nopeuttaa crack nopeus siellä.

Vedyn haurastuminen teräksessä

Hauraus vaikuttaa usein teräkseen ja titaaniin, jos ne ovat olleet kosketuksissa vedyn kanssa pitkään. Terästen osalta austeniittiset teräkset (esim. CrNi-teräkset) ovat kuitenkin poikkeus. Nämä ovat suurimmaksi osaksi herkkiä vedyn haurastumiselle ja ovat vetytekniikassa käytettyjä standardimateriaaleja. Erittäin lujat teräkset, joiden martensiittipitoisuus on suuri ja myötöraja on yli noin 800 MPa (myös lujuusluokan 10.9 tai korkeammat ruuvit ), ovat erityisen vaarassa vetyyn liittyvien vaurioiden vuoksi.

Vetyyn liittyvien vahinkojen mahdolliset syyt voivat olla molemmat

• tuotantoon liittyvä, d. H. Esimerkiksi vetyä muodostamalla galvaanisen kerrostumisen aikana (esim. Sinkitys tai peittausprosessit) sekä hitsauksen aikana ,
• tai toiminnallinen, d. H. esimerkiksi vetykorroosiolla ,

olla. Galvaanisen kerrostumisen aikana vety muodostuu katodisesti liitetylle teräkselle ja leviää teräkseen. Korroosion tapahduttua metallin liukeneminen, erityisesti hapen puutteen tapauksessa, voi muodostaa alkuaineen vetyä .

Jotta komponentit vapauttavat vetyä uudelleen, on suoritettava useita tunteja kestävä lämpökäsittely n. 200–300 ° C: ssa ( matalan vetyä sisältävä hehkutus , joka tunnetaan myös nimellä karkaisu tai karkaisu ) vedyn altistamisen jälkeen . Koska vedyllä on suuri diffuusionopeus jopa alhaisissa lämpötiloissa, vety voidaan ajaa ulos teräksestä jopa 200 ° C: n lämpötiloissa ilman metallurgisia muutoksia. Yhteiset testistandardit ovat DIN 50969-1 ja -2 tuotantoprosessien suojaamiseksi tuotantoon liittyvästä vedyn haurastumiselta sekä DIN 50969-3 seuraavien, toiminnallisesti liittyvien vaikuttavien muuttujien estämiseksi.

Vetysairaus (vetyhauraus) kuparissa

Vetysairaus on hapen kemiallinen reaktio, joka on sitoutunut kupari (I) oksidina happea sisältävissä kuparityypeissä, kuten CuETP, kuparin ja veden muodostamiseksi. Vetysairautta kutsutaan usein virheellisesti vetyhaurastumiseksi. Nämä kaksi mekanismia eroavat toisistaan. Kuparin tapauksessa hapessa on oltava läsnä materiaalissa kupari (I) oksidia, jotta se voi reagoida atomivedyn kanssa, joka diffundoituu huomattavasti kuparimateriaaliksi noin 500 celsiusasteesta. Eikö happea ole saatavana, kuten hapettomien CuOF-, CuOFE- ja muiden lajikkeiden tapauksessa, vai sitooko tämä fosforin, kuten B. on CuPHC: n tapaus, vetysairautta ei voi esiintyä. Lisäedellytyksenä vedyn on oltava atomimuodossa eikä kaasuna, joten sitä on pelkistettävä. Happipitoisten kuparityyppien, kuten jopa 400 ppm happea sisältävän CuETP: n tapauksessa vetysairaus voi johtaa halkeamiin ja onteloihin. Korkean sähkönjohtavuutensa vuoksi tämän tyyppisiä kuparia käytetään pääasiassa sähkötekniikassa . Niitä ei tuoteta ilman happea . Jopa 0,09% (m / m) happi voi liueta sulan metallin ja pieniä määriä kupari (I) oksidia (Cu ₂ O) on muodostettu.

Kuumennettaessa yli 500 ° C: seen esimerkiksi autogeenisen hitsauksen aikana tai juotettaessa pelkistävällä liekillä polttokaasun vety, joka on pelkistetty atomivetyksi, diffundoituu metallipintaan ja pelkistää kupari (I) oksidia seuraava reaktio:

${\ displaystyle \ mathrm {Cu_ {2} O + H_ {2} \ \ longrightarrow \ 2 \ Cu + H_ {2} O \ (höyry).}}$

Vesihöyry puhkeaa rakenne , koska kupari (I) oksidia valumateriaalien on ohut verkko Cu-Cu ₂ O eutektinen on raerajoille . Tätä ilmiötä kutsutaan vetysairaukseksi.

Katso myös

• Sekundäärimetallurgian menetelmä sulametallien kaasunpoistoon
• TWIP-teräs

kirjallisuus

• Vetyhauraus, jota tarkastellaan uudelleen in situ sähkökemiallisella nanoindentoinnilla . (PDF; 11,49 Mt)
• Vetyhauraus (PDF; 838 kB)
• HA Haslinger: Halkeilut kuumasinkityistä teräsrakenteista . (PDF; 1,5 Mt)
• Materiaalitekniikan erityispainos aiheesta "Vety metalliseoksissa". 2017

Yksittäiset todisteet

1. ↑ Materiaaliasiantuntijat Friedrichshafenissa. Julkaisussa: Materiaalien testaus, neuvonta ja palvelut. STZ Materials Corrosion and Corrosion Protection, käytetty 19. joulukuuta 2017 . 
2. ↑ Tuotantoon liittyvien vedyn aiheuttamien hauraiden murtumien välttäminen erittäin lujuissa teräskomponenteissa - Osa 1: Ehkäisevät toimenpiteet. Haettu 19. joulukuuta 2017 . 
3. ↑ Tuotantoon liittyvien vetyjen aiheuttamien hauraiden murtumien välttäminen erittäin lujuissa teräskomponenteissa - Osa 2: Testit. Haettu 19. joulukuuta 2017 . 
4. ↑ Tuotantoon liittyvien vetyjen aiheuttamien hauraiden murtumien välttäminen erittäin lujuissa teräskomponenteissa - Osa 3: Myöhemmät toimintavaikutukset ja laajennetut testit. Beuth Verlag, käyty 19. joulukuuta 2017 . 
5. ↑ Happiliukoisuus kupariin sulaa
6. ↑ Asetyleeni / happipolttimien käyttö on kielletty räjähtävien kupari (I) asetylidien muodostumisen takia.