Innendruckprüfsystem zur in-situ und ex-situ Prüfung unter Druckwasserstoffatmosphäre

• Fachliche Zuordnung: Werkstofftechnik
• Förderung: Förderung in 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 563787530

Die Nutzung erneuerbarer Energie wird zunehmend an Bedeutung gewinnen. Wasserstoff kann als klimaneutraler Energieträger eine zentrale Rolle einnehmen. Allerdings sind Auswirkungen von Wasserstoff auf die mechanischen Eigenschaften von Werkstoffen bisher wenig erforscht, da u. a. Normen oder Richtlinien für eine einheitliche Prüfmethodik fehlen. Dies betrifft zum einen bestehende Werkstoffe in Rohrleitungen oder Armaturen, zum anderen noch zu erforschende einzusetzende Werkstoffe in Tank- oder Abfüllanlagen. In existierender Infrastruktur werden vorwiegend Stähle verwendet, wobei auch Leichtbauwerkstoffe wie Aluminium, Verbundwerkstoffe oder additiv gefertigte Strukturen eingesetzt werden. Die Wasserstoffversprödung stellt eine Gefährdung durch Degradation der mechanischen Eigenschaften dar. Dies geschieht durch interstitielle Einlagerung von atomarem Wasserstoff, der frei durch das Gitter diffundieren kann. Weiterhin gibt es getrappten Wasserstoff in sog. Fallen, energetisch günstige Bereiche, in denen Wasserstoff gebunden werden kann und dann nicht mehr diffusibel vorliegt. Das Verhalten von Wasserstoff in metallischen Bauteilen ist daher stark von der vorliegenden Mikrostruktur abhängig. Daher sind neuartige Mess- und Prüfmethoden für die Materialwissenschaft und Werkstofftechnik erforderlich, um den Einfluss von Wasserstoff ganzheitlich zu verstehen. Das Innendruckprüfsystem ist ein Kammersystem, das durch das Befüllen mit Wasserstoff eine Beaufschlagung unter Druck und Temperatur erzeugen kann. Um Analogien zu bestehenden Forschungsarbeiten und vorliegenden Daten zu schaffen, wird auch die Prüfung von Hohlproben vorgesehen. Zur Erweiterung des Anwendungsbereichs werden zusätzlich der autarke Einsatz zur ex-situ Druckwasserstoffbeladung und das Aufbringen von Versuchskräften unter Druckwasserstoffatmosphäre in statischer, quasistatischer und dynamischer Form ermöglicht. Durch die zyklische Prüfung unter Druckwasserstoffbedingungen mit unterschiedlichen Prüftemperaturen können die prozess- und strukturbedingte Schädigungsevolution unter Wasserstoff charakterisiert und die Lebensdauer anwendungsnah quantifiziert werden. Durch Prüfungen im LCF- und HCF-Bereich werden Erkenntnisse in Bezug auf das Verformungsverhalten und die Schädigungsmechanismen in Abhängigkeit des Beanspruchungsniveaus, des Werkstoffs und der Mikrostruktur gewonnen, sodass ein umfassendes Verständnis für die Wasserstoffermüdung generiert wird. Durch das beantragte Innendruckprüfsystem werden die Kompetenzen des Antragstellers im Bereich der Ermüdungscharakterisierung unter anwendungsrelevanten Umgebungsbedingungen verstärkt. Durch das Einbinden weiterer Arbeitsgruppen mit anderen Forschungsschwerpunkten können zudem weitere Nutzer*innen von der vielseitigen Anwendung des Großgeräts profitieren. Dadurch ist eine ganzheitliche Verwendung des Systems sichergestellt.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Innendruckprüfsystem zur in-situ und ex-situ Prüfung unter Druckwasserstoffatmosphäre
• Gerätegruppe: 2910 Dynamische Prüfmaschinen und -anlagen, Pulser
• Antragstellende Institution: Technische Universität Dortmund
• Leiter: Professor Dr.-Ing. Frank Walther