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Plenarvortrag

Nachweis von Wasserstoff im Gefüge auf atomarer Ebene mittels Atomsonde

Mittwoch (16.09.2020)
12:50 - 13:20 Uhr Metallographie

Schäden durch Wasserstoff sind ein in der Anwendung alt bekanntes Problem. Bis heute ergibt sich hier aber die Schwierigkeit des Nachweises von Wasserstoff im Gefüge. Dies erschwert die Erforschung der Mechanismen die zu wasserstoffbedingtem Versagen beitragen ebenso wie den Nachweis von Wasserstoff an Schadensfällen. Diese beiden Problematiken sind besonders in den letzten Jahren wieder stärker in den Fokus gerückt, da erwartet wird das in naher Zukunft erhebliche Investitionen notwendig werden um Wasserstoff als alternative Energieform zu etablieren.

Atomsondentomographie ist eine historisch bereits länger etablierte Messmethode um chemische Analytik in Festkörpern auf atomarer Ebene durchführen zu können. Hierbei werden einzelne Atome von einer Nadelförmigen Probe durch eine Hochspannung abgelöst und auf einem 2D Detektor aufgefangen. Um die chemische Identität der Atome zu bestimmen wird deren Flugzeit gemessen. Dafür muss die Zeit bei der sich das Atom von der Probe als Ion gelöst hat bekannt sein, was dadurch erreicht wird das zusätzlich noch ein Hochspannungspuls (leitende Proben) oder ein Laserpuls (leitende und nichtleitende Proben) verwendet wird. Das Prinzip der Flugzeitmessung erlaubt es dann Atome, bzw. deren Ionen zu unterscheiden, inklusive einzelner Isotope, unabhängig davon um welche Atome es sich handelt. Diese Methode ist also prinzipiell geeignet, um Wasserstoff auf atomarer Ebene in Materialein nachzuweisen. Dies hatte historisch jedoch die Einschränkung dass neben dem Wasserstoff in der Probe auch Wasserstoff in der Ultrahochvakuummesskammer vorhanden ist, der aus dem typischen Werkstoffen die dafür verwendet werden austritt (austenitischer Stahl).

In den letzten Jahren wurden daher verstärkt Isotopentracer (Deuterium, vereinzelt auch Tritium) verwendet um Wasserstoff an verschiedenen Gefügebestandteilen wie Korngrenzen oder Ausscheidungen nachzuweisen. Der Tracer wurde hierbei entweder über Gasbeladung oder auch elektrochemische Beladung in das Material eingebracht. Dies liefert wichtige Beiträge zur Grundlagenforschung ist aber eine Methode die sicht nicht zum Nachweis von Wasserstoff in Anwendungsfällen eignet. Wir stellen deshalb eine Atomsonde vor, die eine Messkammer aus Titan besitzt, in der eine solche Interferenz nicht mehr vorhanden ist. Dieses Gerät eignet sich dann z.B. um die Langzeitakkumulation von Wasserstoff in Sicherheitskritischen Anwendungen zu untersuchen.

Sprecher/Referent:
Prof. Dr. Peter Felfer
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)