Grundlagen des Wasserstoffeinflusses auf die Diffusion von Cr und Fe in Reineisen, Ferritstählen und Fe-Cr-Legierungen

• Antragstellerin: Dr.-Ing. Olga Lukianova
• Fachliche Zuordnung: Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen ; Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 505248157

Es existieren grundlegende Fragestellungen und technologische Anforderungen, welche den Bedarf an einer rigorosen Analyse des Einflusses von Wasserstoff auf die Volumen- und Korngrenzdiffusionsraten von Cr in modernen FeCr-basierten ferritischen Stählen aufzeigen. Bis heute existiert kein direkter Nachweis der Hypothese, dass Wasserstoff den atomaren Transport entlang innerer Grenzflächen in Fe-Legierungen beeinflusst. Das beantragte Projekt adressiert diese wichtige Fragestellung durch exakte Messungen der Diffusionsraten von Fe und Cr in Fe-basierten Modellsystemen mittels der radiotracer-Methode. Eine derartige systematische Studie kann derzeit nur am Institut für Materialphysik der Universität Münster durchgeführt werden. Für das Projekt sollen reines Eisen (Fe), eine Eisen-Chrom-Legierung (Fe-Cr) und ein ferritischer rostfreier Stahl im Hinblick auf die grundlegenden Prozesse, welche der Schädigung durch Wasserstoff zugrunde liegen, untersucht werden. Dazu werden sowohl Volumen- als auch Korngrenzdiffusionsraten von Cr und Fe in H2-freier Umgebung und unter H2-Atmosphäre bestimmt. Dabei wird die Radiotracermethode dazu verwendet, ein tiefgehendes Verständnis der thermodynamischen und kinetischen Wechselwirkungen von Wasserstoffatomen mit Fe und Cr zu erlangen. Zudem wird der Einfluss von Kohlenstoff auf diese Wechselwirkungen untersucht. Diese Ergebnisse werden dazu genutzt, den Zusammenhang zwischen Wasserstoffkonzentration und Korngrenzenergie in den untersuchten Materialien zu eruieren. Ergänzend werden zusätzlich zu den Untersuchungen der Diffusionskinetik auch Nanoindentierungsmessungen durchgeführt, um den Einfluss des Wasserstoffes auf die mechanischen Eigenschaften der Materialien zu analysieren. Als Ergebnis der geplanten Untersuchungen wird ein signifikant erweitertes Verständnis der grundlegenden Mechanismen der Schädigung ferritischer Stähle durch Wasserstoff erwartet.

• DFG-Verfahren: WBP Stelle