Wasserstoffblasenbildung (HB)

Was bedeutet Wasserstoffblasenbildung (HB)?

Wasserstoffblasenbildung ist das Wachstum von Hohlräumen unter der Oberfläche in Metall, die wie Blasen ausgebeult sind, als Ergebnis eines signifikanten Anstiegs des Innendrucks aufgrund der Bildung von molekularem Wasserstoffgas nahe der Oberfläche.

Faust erklärt Wasserstoffblasenbildung (HB)

Wasserstoffblasenbildung tritt aufgrund der Diffusion von atomarem Wasserstoff in Metall auf. Atomarer Wasserstoff wird durch Wasserstoffionen gebildet, die Elektronen von einer kathodischen Oberfläche oder Umgebung aufnehmen. Der so gebildete atomare Wasserstoff ist die einzige chemische Form von Wasserstoff, die in die Stahlmikrostruktur durch Diffusionspenetration eindringen kann, da Wasserstoffgas in molekularer Form nicht diffundieren kann. Auch Wasserstoffschäden an Metallen und Legierungen durch Blasenbildung und Wasserstoffversprödung im Inneren entstehen nur durch anfängliche atomare Wasserstoffdiffusion.

Wenn sich zwei Wasserstoffatome zu einem Wasserstoffgasmolekül außerhalb der Metalloberfläche verbinden, wird das Risiko einer Wasserstoffdiffusion verringert. Manchmal verbinden sich diese Wasserstoffatome jedoch nicht ohne weiteres zu einem Wasserstoffgasmolekül und diffundieren stattdessen direkt in die Metalloberfläche. Bestimmte Verunreinigungen im Inneren des Metalls wie Sulfide, giftige Cyanide und Arsenchemikalien tragen dazu bei, dass Wasserstoff leicht in Stahl diffundiert. Es ist diese Diffusion, die Wasserstoffschäden an Metallen wie Blasenbildung und Rissbildung hervorrufen kann.

Wasserstoffblasenbildung führt zu einer erheblichen Verschlechterung der entscheidenden mechanischen Festigkeit und anderer Eigenschaften von Materialien, wie beispielsweise Legierungen, aufgrund von diffundiertem Wasserstoff. Auch das Metall und die Legierungen verlieren sowohl an Duktilität als auch an Belastbarkeit.

Wasserstoffatome verbinden sich chemisch zu Wasserstoffgasmolekülen in metallischen Strukturen. Wenn diese Gasmoleküle innerhalb der Metallstruktur gebildet werden, kommt es zu einem Druckanstieg. Wenn sich der Hochdruck in der Nähe der Oberfläche befindet, verringert die Blasenbildung diesen Druck. Wenn es von der Oberfläche entfernt auftritt, entwickelt das Metall Risse. Es kann schließlich zu einem Ermüdungsversagen führen.

Stahl mit Wasserstoffschäden wie Blasen und Rissen kann versagen, wenn er einer anhaltenden Belastung auf niedrigem Niveau oder einer zyklischen Belastung ausgesetzt wird. Während eine Stahlprobe anfängliche Tests bestehen kann, kann sie nach einiger Zeit versagen, selbst bei niedrigen Belastungsniveaus. Da diese Schäden durch Glühprozesse nicht rückgängig gemacht werden können, ist der Verlust an mechanischer Festigkeit dauerhaft. Dies wird auch als Wasserstoffspannungsversagen bezeichnet.