Werkstoffwissenschaften Korrosionsmessung von Nanostrukturen unter einsatznahen Bedingungen

Werkstoffwissenschaftler der Universität des Saarlandes haben ein neues insitu-Verfahren entwickelt, mit dessen Hilfe sie den Einfluss von Wasserstoff und Korrosionsprozessen auf lokalemechanische Eigenschaften von Werkstoffen direkt untersuchen können.

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Universität des Saarlandes Fakultät 8/Naturwissenschaftl. Technische Fakultät III

Das insitu-Verfahren – entwickelt von der Arbeitsgruppe um die Saarbrücker Werkstoffwissenschaftler Prof. Horst Vehoff und Dipl.-Ing. Afrooz Barnoush – erlaubt die realitätsnahe Durchführung von Härtetests an Werkstoffen. Bei dem Verfahren werden die zu messenden Materialien mit festigkeitsreduzierendem Wasserstoff „beladen“. Anschließend werden die mechanischen Eigenschaften des Werkstoffes mit einem so genannten Nanoindenter im Mikro- und Nanobereich gemessen.

Härtetest mit Minidiamant

Mit dem neuen Verfahren ist es erstmalig möglich, den Einfluss von Wasserstoff und Korrosionsprozessen auf lokale mechanische Eigenschaften von Werkstoffen direkt zu untersuchen. Die von den Saarbrücker Forschern entwickelte „Fluid cell“ wird in einen so genannten Nanoindenter (Nano-Härte-Messgerät) integriert. Mit dem Gerät können die physikalischen Mechanismen des Versagens von Werkstoffen auf einer feinen Skala genau untersucht werden. Entscheidend für die makroskopischen Eigenschaften der Werkstoffe, wie Korrosionsbeständigkeit und Widerstand gegen wechselnde Belastungen, ist deren Mikro- bzw. Nanostruktur. Um diese zu identifizieren, besitzt der Nanoindenter eine feinste Diamantspitze, deren Radius 50 nm (1 nm = 1 Millionstel Millimeter) beträgt. Diese Spitze wird in die Werkstoffoberfläche gedrückt und dabei die Kraft als Funktion der Eindringtiefe der Spitze in den Werkstoff gemessen. Aus der maximalen Eindringtiefe kann unter anderem die Härte eines Werkstoffes bestimmt werden.

Auch Verbundwerkstoffe können getestet werden

Das Besondere dabei ist, dass die zu prüfenden Bereiche des Werkstoffes nur wenige 100 nm groß sein müssen und gezielt ausgewählt werden können. Dadurch ist es möglich, einzelne Phasen und Bestandteile, aus denen sich moderne Werkstoffe zusammensetzen, zu prüfen und die Einzeldaten mit den resultierenden makroskopischen Eigenschaften zu vergleichen. Somit können durch eine gezielte Variation der einzelnen Phasen und Strukturgrößen die makroskopischen Eigenschaften von Werkstoffen optimiert werden. Die Kombination dieser Technik mit der neuen in-situ-Methode erlaubt die direkte Optimierung der Werkstoffe auf der Mikro- und Nanoebene unter korrosiver Meerwasserumgebung, versprödender Wasserstoffatmosphäre oder unter dem Einfluss aggressiver Säuren für Anwendungen in der Offshore-Technik, der Wasserstoffenergiewirtschaft oder der chemischen Industrie.

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