Rozwikłanie zagadki transportu wodoru w metalach
Bywa, że w temperaturze pokojowej atomy wodoru są absorbowane przez strukturę metalu i rozpraszane przez jej ziarna. Wodór może być gromadzony w formie atomowej lub molekularnej. Niezależnie od formy, atomy i molekuły połączą się, tworząc małe bąbelki na granicach między ziarnami metalu. Bąbelki te powodują narastanie ciśnienia do poziomów, w których metale tracą swoją plastyczność, a w efekcie powstają drobne pęknięcia. Podatność materiałów na kruchość wodorową zależy od cech charakterystycznych ich mikrostruktury oraz obecności defektów. Naukowcy zainicjowali projekt MULTIHY(odnośnik otworzy się w nowym oknie) (Multiscale modelling of hydrogen embrittlement), finansowany przez UE, by stworzyć narzędzia do oceny transportu wodoru w stopach o dużej wytrzymałości i złożonej mikrostrukturze oraz lepiej zrozumieć zjawisko kruchości wodorowej. Badacze określili powiązania między wpływem aspektów strukturalnych w mikro- lub nanoskali a czynnikami narażenia na kruchość wodorową dającymi się zmierzyć w skali makro. Techniki analityczne, testy fizyczne i dane z faktycznych instalacji produkcyjnych posłużyły do opracowania wieloskalowej struktury modelowania transportu wodoru od poziomu atomowego po poziom komponentów. Zespół MULTIHY wybrał trzy przemysłowe analizy przypadku, tj. komory spalania w pojeździe do wynoszenia satelitów na orbitę, nadwozie samochodowe z komponentów białych i łożyska turbin wiatrowych. We wszystkich trzech przypadkach przeanalizowano mikrostrukturę zaawansowanych materiałów oraz oceniono dyfuzję wodoru i parametry pułapkowania na podstawie eksperymentów i modelowania atomowego. Aby zapewnić dokładność bez nadmiernego obciążenia obliczeniowego, badacze potrzebowali zbilansować i zintegrować różnice czasowe i przestrzenne między modelami atomowymi a modelami elementów skończonych. Badacze posłużyli się kinetycznymi symulacjami metodą Monte Carlo w celu wykorzystania wyników obliczeń atomowych jako parametrów wejściowych dla modeli elementów skończonych. Opracowane w projekcie MULTIHY metody modelowania wieloskalowego pomogą kilku gałęziom przemysłu w podejmowaniu decyzji dotyczących doboru materiałów i metodologii obróbki dla danych produktów końcowych. Kroki, które można by podjąć w celu zredukowania kruchości wodorowej, obejmują obniżenie ekspozycji wodorowej i niskotemperaturowej obróbki cieplnej (wypalania).
