Wasserstoffversprödung entsteht durch das Eindringen und die Einlagerung von Wasserstoff in Metalle, die deren Festigkeit verändern.

Diese Korrosion ähnelt einer Materialermüdung - in der Folge kommt es zu wasserstoffinduzierter Rissbildung, womit insbesondere der Einsatz anfälliger Materialien zur Wasserstoffspeicherung begrenzt wird.

Effekt

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Da Wasserstoff das leichteste und kleinste Element ist, kann es relativ leicht durch Diffusion aus Metallflaschen oder -rohren entweichen. Die Wasserstoffversprödung tritt auf, wenn durch (Wasserstoff-)Korrosion atomarer Wasserstoff entsteht, der schneller in den Werkstoff eindiffundiert, als er sich an der Werkstoffoberfläche zu nicht diffusionsfähigem H₂-Molekülen zusammenfügt.

Ein Teil des Wasserstoffs wird dabei in das Metallgitter eingelagert und es kann, wie im Falle von Titan, ein Metallhydrid entstehen. Zu Speicherzwecken ist dieser Effekt manchmal gewünscht (siehe Metallhydridspeicher). In anderen Fällen lagert sich der Wasserstoff bevorzugt an Fehlstellen oder Korngrenzen ab. Das Resultat ist in beiden Fällen eine Versprödung des Metalls.

Bei hinreichend großen Zugeigen- und/oder -lastspannungen besteht die Gefahr eines verzögerten Sprödbruchs. Man spricht von einem verzögerten Sprödbruch, weil die Schädigung Zeit braucht und der Werkstoff aufgrund der Gleitblockierungen fast ohne Verformung bricht. Dieser Effekt ähnelt einer Spannungsrisskorrosion, und beschränkt den Einsatz zur Wasserstoffspeicherung.

Stahl und auch Titan sind oft von Versprödung betroffen, nachdem sie über längere Zeit mit Wasserstoff in Kontakt waren. Bei den Stählen bilden jedoch die austenitischen Edelstähle (z.B. CrNi-Stähle) eine Ausnahme. Diese sind weitgehend unempfindlich gegen Wasserstoffversprödung und gehören zu den Standardwerkstoffen der Wasserstofftechnik.

Die Wasserstoffversprödung tritt insbesondere beim Schweißen und bei galvanischen Verzinken von Stählen mit hoher Zugfestigkeit (z.B. Schrauben ab Festigkeitsklasse 10.9 und höher) auf. Der Wasserstoff wird aus dem Elektrolyt gelöst und diffundiert in den Stahl. Damit die Schraube den Wasserstoff wieder abgibt, muss sie umgehend einer mehrstündigen Wärmebehandlung bei ca. 200 - 300°C (Wasserstoffarmglühen) unterzogen werden.

Vorgang

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Durch bestimmte chemische Reaktionen gebildeter atomarer Wasserstoff dringt in das Gefüge metallischer Werkstoffe ein, wo er an Gitterstörstellen wieder zu molekularem Wasserstoff rekombiniert und dort verbleibt. Die dadurch verbundene Druckerhöhung führt zu inneren Spannungen und zu einer Versprödung des Werkstoffes, ohne dass dadurch eine Erhöhung der Festigkeit eintritt. Im Endergebnis entstehen schließlich Risse, die sich von innen nach außen ausbreiten.

Hydrogen embrittlement

Werkstoffkunde