In 2014, Het nieuwste en grootste olieveld van Kazachstan zou een belangrijke bijdrage leveren aan de wereldwijde aanvoer. Maar binnen een maand na de operatie, een totale uitschakeling heeft plaatsgevonden. Zonder waarschuwing, grote scheuren verschenen in de pijpleidingen. Voor de komende twee jaar, het veld bleef inactief als gevolg van dure reparaties. De oorzaak:verbrossing van de leidingen.

als botten, olie- en gaspijpleidingen hebben last van kwetsbaarheid en scheuren. Nu stelt een groep onderzoekers van de Universiteit van Texas in San Antonio (UTSA) en het Southwest Research Institute (SwRI) voor om te onderzoeken hoe waterstofbrosheid zich ontwikkelt. Hun onderzoek is gericht op een legering die wordt gebruikt in de olie- en gasindustrie, maar vervaardigd door middel van additive manufacturing (AM).

"De operationele omstandigheden in de olie- en gasindustrie kunnen leiden tot waterstofbrosheid. Dit fenomeen veroorzaakt het voortijdig falen van structuren als gevolg van waterstofopname in het materiaal. Waterstof eenmaal in het materiaal interageert met de microstructuur van de legering, waardoor de mechanische prestaties worden aangetast en resulteren in broze breuk zonder enig waarschuwingsteken, " zei assistent-professor Brendy Rincon Troconis van de UTSA-afdeling Werktuigbouwkunde.

AM is om vele redenen omarmd op de fabrieksvloer. Met het gebruik van AM, complexere ontwerpen en materialen kunnen laag voor laag worden gemaakt. AM verlaagt ook de overheadkosten omdat onderdelen snel ter plaatse kunnen worden geassembleerd, in plaats van een grote dure voorraad aan te houden.

Hoewel veel industrieën AM snel omarmen, de onderzoekers zijn bezorgd dat er niet genoeg is getest hoe waterstofbrosheid de materiaalprestaties van dit specifieke metaal beïnvloedt. De onderzoekers van San Antonio zullen zich concentreren op de nikkel-718-legering omdat deze kan worden gebruikt in kritieke omstandigheden waar hoge mechanische eigenschappen en corrosieweerstand gewenst zijn.

Het onderzoek van professor Rincon Troconis heeft niet alleen gevolgen voor de olie- en gasindustrie. In de lucht- en ruimtevaart worden steeds meer AM-metalen geïntroduceerd. Airbus Defense heeft AM-materialen getest in haar voortstuwingssystemen. Space X gebruikt al AM-materialen om sommige delen van de Falcon Rocket 9 en de Super Draco-machinekamer te fabriceren. DNV-GL, een internationale aanbieder van diensten op het gebied van risicobeheer en kwaliteitsborging, promoot al een initiatief om richtlijnen en certificeringen op te stellen voor hoe AM-onderdelen zullen worden gebruikt in offshore-toepassingen.

Hoewel veiligheidsmaatregelen van essentieel belang zijn, zonder voldoende testgegevens om het effect van waterstofbrosheid op de prestaties van AM-legeringen te begrijpen, de veiligheid van AM-gefabriceerde systemen blijft onbekend.

Professor Rincon Troconis en W. Fassett Hickey van SwRI's Mechanical Engineering Division zullen proberen te begrijpen hoe de AM-nikkel-718-integriteit wordt beïnvloed door waterstofbrosheid. Troconis en Hickey zullen waterstofbrosheid op moleculair niveau bestuderen om te zien hoe de locatie van de waterstofatomen de integriteit van het metaalmateriaal beïnvloedt onder de hoge drukken en hoge temperaturen die typisch zijn voor booromgevingen. Dit zal worden bereikt in de unieke testfaciliteiten van SwRI, die mechanische testen mogelijk maken in gasvormige waterstof tot 3, 000 PSI en 500 graden Fahrenheit. UTSA's zullen haar thermische desorptiespectrometer (TDS) en scanning kelvin probe force microscope (SKPFM) gebruiken, een van de weinige universitaire laboratoria in het land met de combinatie van deze geavanceerde technologieën.

Het onderzoek naar waterstofbrosheid wordt mogelijk gemaakt door het Connect-programma, een gezamenlijk gefinancierd samenwerkingsinitiatief tussen UTSA en SwRI. De onderzoekers hopen tegen de zomer van 2020 gegevens beschikbaar te hebben om industrieën beter te begeleiden bij het ontwerpen van AM-onderdelen die minder vatbaar zijn voor waterstofbrosheid. Momenteel, weinig nationale laboratoria werken aan dit soort onderzoek.

"Door meer te begrijpen over waterstofbrosheid van AM-materialen, we kunnen cruciale informatie verstrekken, met meer vertrouwen, om de AM- en post-fabricageprocessen te optimaliseren en brosse breuk van toekomstige en huidige systemen te voorkomen, terwijl de AM-technologie vooruitgaat, die allemaal zullen leiden tot een betere bescherming van de gemeenschap, zijn activa, en het milieu, ' zei Rincón Troconis.