Acta Student Award 2025 würdigt Forschung zu positiven Effekten von Wasserstoff in Hochleistungslegierungen
Max-Planck-Forscher Dr. Chengguang Wu ausgezeichnet
Auf einen Blick
- Auszeichnung: Acta Student Award 2025 der Fachzeitschrift Acta Materialia
- Preisträger: Dr. Chengguang Wu, Postdoktorand am Max-Planck-Institut für Nachhaltige Materialien
- Forschungsfrage: Wie verhält sich Wasserstoff in komplexen Legierungen mit hohem Schmelzpunkt?
- Ergebnis: Wasserstoff kann gezielt zur Festigung komplexer Legierungen mit hohem Schmelzpunkt eingesetzt werden.
Die Acta Journals haben Dr. Chengguang Wu, Postdoktorand am Max-Planck-Institut für Nachhaltige Materialien, mit dem Acta Student Award 2025 ausgezeichnet. In seiner ausgezeichneten Publikation zeigt Wu, wie Wasserstoff in komplexen Legierungen mit hohem Schmelzpunkt eingesetzt werden kann, um diese zu festigen. Der Preis ist mit 2.000 US-Dollar dotiert.
Wasserstoff gilt in metallischen Werkstoffen häufig als Herausforderung, da er Versprödung verursachen und somit die Lebensdauer von Bauteilen verkürzen kann. Die Forschung von Wu zeigt jedoch, dass Wasserstoff auch eine positive Rolle spielen kann: Er kann nanoskalige chemische Umverteilungen auslösen, die die Mikrostruktur komplexer Legierungen gezielt verändern und deren mechanische Eigenschaften verbessern kann.
Die Studie untersucht, wie sich Wasserstoff in einer Legierung aus Titan, Niob, Zirkonium, Hafnium und Tantal (TiNbZrHfTa) verhält und welche Auswirkungen dies auf die Eigenschaften des Materials hat. Die Ergebnisse liefern neue Einblicke in Wasserstoff-Metall-Wechselwirkungen und eröffnen neue Möglichkeiten für die Entwicklung von Werkstoffen für zukünftige Wasserstofftechnologien.
Eine Herausforderung als Chance nutzen
Mit der zunehmenden Bedeutung von Wasserstoff für die saubere Energieerzeugung, Speicherung und den Transport wird es immer wichtiger zu verstehen, wie Wasserstoff mit Werkstoffen interagiert. Wasserstoffatome sind außergewöhnlich klein und können leicht in die Strukturen von Metallen eindringen. Dieses Eindringen wurde lange Zeit als nur nachteilig betrachtet, da Wasserstoff Metalle schwächen und Materialversagen verursachen kann.
Die neue Studie eröffnet jedoch eine andere Perspektive: Wasserstoff kann auch vorteilhafte Veränderungen der Mikrostruktur bewirken.
„Diese Auszeichnung ist eine großartige Bestätigung unserer Forschung und zugleich der schönste Abschluss meiner Promotionsarbeit“, sagt Wu. Gemeinsam mit seinen Kolleginnen und Kollegen setzte er eine TiNbZrHfTa-Legierung bei 500°C Wasserstoffgas aus und beobachtete dabei ein unerwartetes Phänomen: initiiert durch den Wasserstoff, zerfällt die ursprünglich homogene Legierung in nanoskalige Bereiche mit unterschiedlichen chemischen Zusammensetzungen.
Veränderungen auf der Nanometerskala sichtbar gemacht
Mithilfe der dreidimensionalen Atomsondentomographie verfolgten die Forschenden die Entwicklung der Legierung während der Wasserstoffbehandlung. Sie entdeckten chemische Veränderungen auf der Nanometerskala: Zirkonium und Titan reichern sich in einer Phase an, während Niob und Tantal sich in einer anderen Phase konzentrieren.
Die entstehenden nadelförmigen Nanostrukturen richten sich entlang bestimmter kristallographischer Richtungen aus, wodurch die elastische Spannungsenergie im Material minimiert wird.
Um den zugrunde liegenden Mechanismus besser zu verstehen, entwickelten die Forschenden ein statistisch-thermodynamisches Modell, das Wasserstoff explizit berücksichtigt. Die Berechnungen zeigten, dass Wasserstoff die Stabilität der ursprünglichen Einphasen-Legierung verringert, und so eine Phasentrennung thermodynamisch begünstigt.
Verbesserte Härte und Verschleißbeständigkeit
Das Anreichern der Elemente in verschiedenen Phasen erhöhte die Härte der Legierung deutlich und verbesserte ihre Verschleißbeständigkeit.
Die Ergebnisse zeigen, dass aus der Umgebung aufgenommener Wasserstoff gezielt genutzt werden kann, um lokale chemische und strukturelle Strukturen in einer Legierung zu verändern. Wasserstoff wirkt damit nicht nur als potenziell schädliches Element, sondern kann auch als Legierungselement eingesetzt werden, um gewünschte Materialeigenschaften gezielt einzustellen.
Auszeichnung für herausragende Nachwuchsforschung
Der Acta Student Award würdigt herausragende Forschungsleistungen von Studierenden, die ihre Arbeiten in einem der Acta-Journale veröffentlicht haben. Jährlich werden bis zu 16 Preise vergeben, um exzellente Leistungen in der Materialwissenschaft und Werkstofftechnik bereits in frühen Karrierephasen sichtbar zu machen.
Die Preisträgerinnen und Preisträger werden eingeladen, an der Jahreskonferenz der The Minerals, Metals & Materials Society (TMS) teilzunehmen. Die Reisekosten für die Teilnahme werden erstattet.
