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Hydrogen trapping and embrittlement in high-strength Al alloys

  • Ever more stringent regulations on greenhouse gas emissions from transportation motivate efforts to revisit materials used for vehicles. High-strength aluminium alloys often used in aircrafts could help reduce the weight of automobiles, but are susceptible to environmental degradation. Hydrogen ‘embrittlement’ is often indicated as the main culprit; however, the exact mechanisms underpinning failure are not precisely known: atomic-scale analysis of H inside an alloy remains a challenge, and this prevents deploying alloy design strategies to enhance the durability of the materials. Here we performed near-atomic-scale analysis of H trapped in second-phase particles and at grain boundaries in a high-strength 7xxx Al alloy. We used these observations to guide atomistic ab initio calculations, which show that the co-segregation of alloying elements and H favours grain boundary decohesion, and the strong partitioning of H into the second-phase particles removes solute H from the matrix,Ever more stringent regulations on greenhouse gas emissions from transportation motivate efforts to revisit materials used for vehicles. High-strength aluminium alloys often used in aircrafts could help reduce the weight of automobiles, but are susceptible to environmental degradation. Hydrogen ‘embrittlement’ is often indicated as the main culprit; however, the exact mechanisms underpinning failure are not precisely known: atomic-scale analysis of H inside an alloy remains a challenge, and this prevents deploying alloy design strategies to enhance the durability of the materials. Here we performed near-atomic-scale analysis of H trapped in second-phase particles and at grain boundaries in a high-strength 7xxx Al alloy. We used these observations to guide atomistic ab initio calculations, which show that the co-segregation of alloying elements and H favours grain boundary decohesion, and the strong partitioning of H into the second-phase particles removes solute H from the matrix, hence preventing H embrittlement. Our insights further advance the mechanistic understanding of H-assisted embrittlement in Al alloys, emphasizing the role of H traps in minimizing cracking and guiding new alloy design.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:H. Zhao, Poulami Chakraborty, D. Ponge, Tilmann HickelORCiD, B. Sun, C.-H. Wu, B. Gault, D. Raabe
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Nature
Jahr der Erstveröffentlichung:2022
Organisationseinheit der BAM:6 Materialchemie
6 Materialchemie / 6.4 Materialinformatik
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlag:Nature Publ. Group
Verlagsort:London
Jahrgang/Band:602
Ausgabe/Heft:7897
Erste Seite:437
Letzte Seite:441
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Angewandte Physik
Freie Schlagwörter:Atomistic models; Hydrogen; Mechanical properties; Metals and alloys
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Energie
Energie / Wasserstoff
DOI:10.1038/s41586-021-04343-z
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-543631
ISSN:1476-4687
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Datum der Freischaltung:17.02.2022
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:21.02.2022
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Wissenschaftliche Artikel der BAM
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