Nowa era stopów aluminium: wytrzymałość i odporność na wodór
W obliczu rosnącego znaczenia gospodarki wodorowej, świat nauki poszukuje materiałów, które sprostają wyzwaniom stawianym przez nowe technologie energetyczne. Aluminium, znane ze swojej lekkości i odporności na korozję, od lat znajduje zastosowanie w przemyśle lotniczym, motoryzacyjnym i energetycznym. Jednak jego podatność na kruchość wodorową – zjawisko prowadzące do pękania materiału pod wpływem kontaktu z wodorem – stanowiła dotąd poważne ograniczenie.
Przełomowe rozwiązanie zaproponował zespół badawczy z Instytutu Maxa Plancka ds. Zrównoważonych Materiałów w Niemczech, we współpracy z uczelniami z Chin (Xi’an Jiaotong University i Shanghai Jiao Tong University). Naukowcy opracowali nową strategię projektowania stopów aluminium, która radykalnie zwiększa ich odporność na działanie wodoru, jednocześnie podnosząc wytrzymałość materiału aż o 40% – bez utraty plastyczności.
Skand – klucz do sukcesu
W centrum tej technologicznej innowacji znalazł się skand, rzadki pierwiastek, który dodany do stopów aluminium-magnez umożliwił zastosowanie tzw. strategii wydzieleniowej opartej na selektywnym doborze wielkości cząstek (ang. size-sieved precipitation). Efektem jest nie tylko wzrost parametrów wytrzymałościowych, ale przede wszystkim – pięciokrotna poprawa odporności na kruchość wodorową w porównaniu do tradycyjnych, skandu nie zawierających stopów.
Co istotne, opracowane materiały udało się już wytworzyć w warunkach zbliżonych do przemysłowych – z zastosowaniem chłodzonych wodą form miedzianych i obróbki termomechanicznej zgodnej ze standardami produkcji masowej. To ważny krok w kierunku realnego wdrożenia nowego typu aluminium do przemysłu.
Jak podkreśla dr Baptiste Gault, lider zespołu badawczego z Instytutu Maxa Plancka:
„Nasza nowa strategia projektowania rozwiązuje typowy konflikt inżynieryjny. Nie musimy już wybierać między wytrzymałością a odpornością na działanie wodoru – ten stop zapewnia obie te cechy jednocześnie”.
Opublikowane na łamach prestiżowego czasopisma Nature wyniki badań stanowią fundament pod rozwój nowych, wysoko zaawansowanych materiałów inżynieryjnych. Opracowane stopy mogą znaleźć zastosowanie m.in. w zbiornikach i instalacjach do magazynowania wodoru, elementach infrastruktury energetycznej, czy w lekkich komponentach pojazdów napędzanych wodorem. W erze dekarbonizacji i transformacji energetycznej, takie materiały stają się nie tylko pożądane – ale wręcz konieczne.
