Einfluss von Wasserstoffgas auf die Ermüdungsfestigkeit von Werkstoffen bei sehr hohen Lastspielzahlen

Wasserstoff kann im Verkehrswesen einen wichtigen Beitrag zu CO2-neutralen Mobilitätslösungen leisten. Für die Verwendung von Wasserstoff ist es allerdings notwendig, seinen Einfluss auf Werkstoffe zu kennen. Wasserstoff kann in Materialien diffundieren und zu einer Versprödung und zur Verminderung der Festigkeit führen. Werden Bauteile in Wasserstoffumgebung mechanisch beansprucht, dann müssen geeignete Werkstoffe ausgewählt und ein eventueller Abfall der Festigkeit berücksichtigt werden. Bei Anwendungen im Verkehrswesen erfolgt die Auslegung vieler Bauteile auf Grundlage ihrer Ermüdungsfestigkeit. Lasttragende Bauteile in Fahrzeugen sind Gravitations- und Beschleunigungskräften sowie Vibrationen ausgesetzt, was zu einer Materialermüdung und zu Bruch deutlich unterhalb der statischen Festigkeit führen kann. Die Zahl der Lastamplituden ist typischerweise sehr hoch, im KFZ-Bereich um 100 Millionen Lastspiele. Die Frage, wie sich Wasserstoffversprödung bei sehr hohen Lastspielzahlen auswirkt, ist bisher kaum wissenschaftlich untersucht. Für Wasserstoff-Verbrennungsmotoren ist diese Frage wegen der bei hoher Temperatur abnehmenden Festigkeit von Werkstoffen und der zunehmenden Diffusionsrate von Wasserstoff allerdings besonders interessant. Mit konventioneller Prüftechnik mit servohydraulischen Anlagen dauern experimentelle Untersuchungen im Bereich um 100 Millionen allerdings viele Monate und wurden bisher kaum durchgeführt. Die zentrale wissenschaftliche Fragestellung des Projektes ist, wie sich Werkstoffe in heißem Wasserstoffgas bei sehr hohen Lastspielzahlen verhalten. Dazu soll ein Ultraschall-Prüfverfahren für die Prüfung von Werkstoffen in heißem Wasserstoffgas neu entwickelt werden, mit welchem die Versuchszeiten drastisch vermindert werden. Mit dieser Prototyp-Ultraschallanlage sollen neu entwickelte Werkstoffe für Wasserstoff-Verbrennungsmotoren untersucht und die gewonnenen Erkenntnisse in wissenschaftlichen Zeitschriften publiziert werden.