Onderzoekers richten zich op het onderliggende mechanisme dat ervoor zorgt dat legeringen barsten wanneer ze worden blootgesteld aan waterstofrijke omgevingen.

19 juli 2024

Dit artikel is beoordeeld volgens het redactionele proces en de richtlijnen van Science X. Redacteuren hebben de volgende kenmerken benadrukt terwijl ze de geloofwaardigheid van de inhoud waarborgen:

• feiten gecheckt
• peer-reviewed publicatie
• vertrouwde bron
• gecorrigeerd

door Alyssa Schaechinger, Texas A&M University

Bij het beslissen welk materiaal te gebruiken voor infrastructuurprojecten, worden metalen vaak geselecteerd vanwege hun duurzaamheid. Echter, wanneer deze metalen worden geplaatst in een waterrijke omgeving, zoals water, kunnen ze broos worden en breken. Sinds het midden van de 19e eeuw heeft dit fenomeen, bekend als waterstofbroosheid, onderzoekers verbaasd met zijn onvoorspelbare aard. Nu brengt een studie gepubliceerd in Science Advances ons een stap dichter bij het voorspellen ervan met vertrouwen.

Het onderzoek wordt geleid door Dr. Mengying Liu van Washington and Lee University in samenwerking met onderzoekers van Texas A&M University. Het team onderzocht de vorming van scheuren in oorspronkelijk vlekkeloze, scheurvrije monsters van een nikkelbasislegering (Inconel 725), die voornamelijk bekend staat om zijn sterkte en corrosiebestendigheid. Er zijn momenteel verschillende werkhypothese die proberen waterstofbroosheid te verklaren. De resultaten van deze studie tonen aan dat een van de meer bekende hypothesen - waterstof-verbeterde gelokaliseerde plasticiteit (HELP) - niet van toepassing is in het geval van deze legering.

Plasticiteit, of onomkeerbare vervorming, is niet uniform door een materiaal, maar is in plaats daarvan gelokaliseerd op bepaalde punten. HELP hypothesiseert dat scheuren beginnen op de punten met de hoogste gelokaliseerde plasticiteit.

'Voor zover ik weet, is onze studie de eerste die daadwerkelijk in realtime kijkt om te zien waar scheuren ontstaan - en dat is niet op locaties van de hoogste gelokaliseerde plasticiteit,' zei medeauteur Dr. Michael J. Demkowicz, hoogleraar aan de afdeling Materials Science and Engineering van de Texas A&M University en Liu's promotor. 'Onze studie volgt zowel de gelokaliseerde plasticiteit als de locaties van scheurinitiatie in realtime.'

Het volgen van scheurinitiatie in realtime is cruciaal. Wanneer een monster wordt onderzocht nadat er een scheur is ontstaan, is de waterstof al ontsnapt uit het materiaal, waardoor het onmogelijk is om het mechanisme te begrijpen dat tot de schade heeft geleid.

'Waterstof ontsnapt gemakkelijk uit metalen, dus je kunt niet achterhalen wat het doet om een metaal te bros maken door monsters te onderzoeken nadat ze zijn getest. Je moet kijken terwijl je aan het testen bent,' zei Demkowicz.

Deze studie helpt het fundament te leggen voor betere voorspellingen van waterstofbroosheid. In de toekomst kan waterstof fossiele brandstoffen vervangen als een schone energiebron. Als deze verandering plaatsvindt, zou alle infrastructuur die momenteel wordt gebruikt om fossiele brandstoffen op te slaan en te gebruiken vatbaar worden voor waterstofbroosheid. Het voorspellen van brosheid is cruciaal om onverwachte storingen te voorkomen, waardoor een toekomstige waterstofeconomie mogelijk wordt.

De experimenten voor deze studie, evenals de voorlopige data-analyse, werden uitgevoerd bij Texas A&M, waarbij Liu verdere data-analyse en het opstellen van het manuscript verzorgde bij Washington and Lee. Dit artikel is mede-auteur van Liu, Demkowicz en de doctoraatsstudent van Texas A&M Lai Jiang.

Meer informatie: Mengying Liu et al, Rol van glijden bij waterstofondersteund scheurinitiatie in Ni-gebaseerde legering 725, Science Advances (2024). DOI: 10.1126/sciadv.ado2118

Informatie over het tijdschrift: Science Advances

Geleverd door Texas A&M University