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Aluminium Aluminiumlegierung fünfmal resistenter gegen Wasserstoffversprödung

Quelle: Max-Planck-Institut 2 min Lesedauer

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Ob im Leichtbau von Fahrzeugen oder als Speichertanks für grünen Wasserstoff: Der Bedarf an Aluminium wird mit dem Übergang zu nachhaltigen Technologien weiter steigen. Ein großes Hindernis ist jedoch die sogenannte Wasserstoffversprödung. Ein internationales Forschungsteam hat eine Designstrategie entwickelt, mit der besonders feste und gleichzeitig Versprödungsresistente Legierungen entwickelt werden können.

Nanopartikel fangen Wasserstoff ein und erhöhen die Festigkeit des Aluminiums.(Bild: Nature 2025; DOI:10.1038/S41586-025-08879-2)
Nanopartikel fangen Wasserstoff ein und erhöhen die Festigkeit des Aluminiums.
(Bild: Nature 2025; DOI:10.1038/S41586-025-08879-2)

Durch eine zweistufige Wärmebehandlung haben die Wissenschaftler feine Nanopartikel aus Al3Sc hergestellt. Diese werden von einer Hülle aus Al3(Mg,Sc)2 umschlossen. Beide Partikelarten sind in der gesamten Aluminium-Magnesium-Legierungen verteilt und erfüllen zwei wichtige Funktionen: die feinen Al3Sc-Partikel erhöhen die Festigkeit, während die Al3(Mg,Sc)2 Partikel die Wasserstoffbeständigkeit erhöhen.

40 Prozent höhere Festigkeit gegenüber Scandium-freien Legierungen

„Bisher mussten wir uns zwischen einer Legierung mit hoher Festigkeit oder einer Wasserstoff-resistenten Legierung entscheiden. Unsere neue Strategie vereint erstmals beides“, erklärt Professor Baptiste Gault, Leiter der Atomsondentomographie-Gruppe am Max-Planck-Instituts für Nachhaltige Materialien (MPI-SusMat) und einer der korrespondierenden Autoren der Studie. Die neue Legierung weist eine um 40 Prozent höhere Festigkeit und eine fünfmal bessere Wasserstoffversprödungsresistenz im Vergleich zu Scandium-freien Legierungen auf – selbst bei einer Wasserstoffbeladung von bis zu 7 ppmw. Trotz der Beladung mit Wasserstoff bleibt die Legierung duktil und bildet keine Wasserstoff-bedingten Risse.

Die am MPI-SusMat durchgeführten Atomsonden-Messungen waren entscheidend für die Überprüfung der Rolle der Al3(Mg,Sc)2-Partikel bei der Wasserstoffspeicherung auf atomarer Ebene und lieferten Erkenntnisse darüber, wie das Legierungsdesign funktioniert. Die an den Partnerinstituten durchgeführten Experimente umfassten Elektronenmikroskopie und Computersimulationen.

Verfahren erfolgreich unter industrierelevanten Bedingungen getestet

Besonders vielversprechend: Die Forschenden übertrugen ihre Strategie auch auf andere Aluminiumlegierungen und konnten vergleichbare Verbesserungen erzielen. Darüber hinaus testeten sie das Verfahren erfolgreich unter industrierelevanten Bedingungen, wie dem Kupferkokillenguss und der thermomechanischen Verarbeitung.

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass diese Strategie nicht nur im Labor funktioniert, sondern auch für die industrielle Anwendung geeignet ist“, sagt Gault. Diese neue Designstrategie für Aluminiumlegierungen könnte so einen wichtigen Beitrag zur Sicherheit und Langlebigkeit von Komponenten in einer Wasserstoffwirtschaft leisten. Die Forschungsarbeit wurde zusammen mit Wissenschaftlern der Xi’an Jiaotong University (China), und der Shanghai Jiao Tong University (China) durchgeführt. Ihre Forschungsergebnisse haben sie in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.

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