Metaller med sprickor som utsätts för stor belastning kan i värsta fall brista när den kommer i kontakt med till exempel väte. Forskaren Claudio Nigro har tagit fram modeller för att beräkna hur snabbt förändringar i en metall kan ske. Detta kan bidra till att räkna ut materialets livslängd under olika förhållanden och påverkan utifrån.

Som exempel nämner Claudio Nigro, som är utbildad flygingenjör, rymdraketer och flygplan. För att minska flygtrafikens miljöpåverkan arbetar industrin för att sänka koldioxidutsläppen.

– Med målet att ha noll utsläpp till 2035 ska Airbus utveckla vätebaserade flygplan. Då är det förstås viktigt att dessa fenomen kan kontrolleras, säger Claudio Nigro.

Finns alltid mikro-sprickor

Det finns alltid små defekter i form av mikro-sprickor i metaller. Man måste därför försöka beräkna hur lång tid det tar innan en viss komponent måste bytas ut.  Claudio Nigro har  gjort datorsimuleringar för att bättre kunna förutse hur svagheter i metaller påverkas av ämnen som väte.

– Under normala förhållanden kan en metall verka i en aggressiv miljö. Men när metallerna utsätts för en stor mekanisk belastning kan det uppstå korrosion i anslutning till defekterna och skapa bristningar i metallen, säger Claudio Nigro, doktorand vid Institutionen för materialvetenskap och tillämpad matematik vid Malmö universitet.

Kemiska föreningar går in i metallen

Det kan handla om kemiska föreningar som rost när det handlar om järn, eller hydrid när det gäller väte. Dessa nya föreningar som bildas kan gå in i metallen genom kemiska reaktioner och på så sätt minska hållfastheten och påverka andra fysiska egenskaper. Claudio Nigro har särskilt studerat interaktionen mellan metall och väte.

Modeller som förutser hur snabbt förändringar sker

I avhandlingen, som lades fram vid Chalmers tekniska högskola i Göteborg, har han gjort modeller för att kunna förutse hur snabbt dessa förändringar sker, hur de påverkar materialets egenskaper, hållbarhet och livstid. Om man kan bedöma hastigheten i förloppet kan man i nästa steg beräkna strukturens livslängd. Claudio Nigro undersökte metallförändringar som sker i närheten av sprickpunkten, samtidigt som hela strukturen utsätts för belastning.

–  Trycket nära sprickpunkten är då så starkt att det kan påverka materialet negativt. Tänk dig att du har ett papper med en reva och drar i sidorna i motsatt riktning. Beroende på typ av förändringar kan sprickan växa med varierande hastighet. Att kunna beräkna hastigheten är väldigt viktigt för att kunna förutse livstiden hos en metall,  säger Claudio Nigro.

Han ser sin forskning som ett bidrag till att bättre kunna förutse livstiden för komponenter som finns i en vätemiljö.

–  Jag hoppas att man kan utveckla mer realistiska modeller som tar med fler aspekter. Modeller som kan användas industriellt av en ingenjör som vill göra beräkningar av hållfasthet.

Text: Magnus Jando