Швидке впровадження транспортних засобів із-водневим двигуном посилило пошук легких, міцних матеріалів для резервуарів під високим{1}}тиском. Композитні посудини типу III і типу IV працюють при тиску, що перевищує 700 бар, де металеві вкладиші або виступи повинні протистояти як механічним навантаженням, так і прямому впливу водню. Титанові сплави, такі як Ti-6Al-4V, пропонують ідеальне поєднання низької щільності та високої міцності, що робить їх привабливими кандидатами для цього вимогливого застосування. Однак існує критичне обмеження: атомарний водень може проникати в структуру металу і викликати водневу крихкість, явище, яке принципово змінює поведінку титану під час повторюваних циклів тиску. Розуміння цього механізму деградації має важливе значення для безпечної конструкції посудини.
Найважливішим технічним наслідком водневої крихкості є показники втоми. Титанові сплави, заряджені воднем, демонструють вимірне погіршення за всіма параметрами втоми порівняно з повітряним середовищем. Поріг зростання втомної тріщини істотно знижується, що означає, що менші дефекти можуть поширюватися під час циклічного навантаження. Після появи тріщин швидкість росту тріщин прискорюється в умовах водню, що призводить до скорочення загального терміну служби втоми. Фрактографічний аналіз виявляє явну зміну режиму руйнування: тріщини в повітрі проходять через зернистість крізь альфа-колонії, тоді як зразки, які піддалися впливу водню, демонструють міжкристалічні тріщини вздовж попередніх бета-межів зерен і альфа-бета-фаз. Цей перехід режиму руйнування пояснює, чому водень має більш згубний вплив при вищих амплітудах деформації та більшій кількості циклів.
Незважаючи на ці проблеми, титанові сплави залишаються життєздатними для роботи на водні за умови правильного керування. Ti-6Al-4V із тонкою альфа-бета-мікроструктурою забезпечує кращу стійкість до крихкості, ніж грубі або бета-структури. Обробка поверхні, як-от анодування або термічне окислення, створює більш товсті шари діоксиду титану, що зменшує рівень проникнення водню. Для посудин типу IV, де титанові втулки з’єднуються з полімерними вкладишами, ретельна конструкція геометрії ущільнення запобігає концентрації водню в критичних точках напруги. Особливої уваги потребують зварні деталі, оскільки зони термічного впливу більш сприйнятливі до утворення гідридів. Вакуумний відпал після зварювання видаляє розчинений водень і відновлює стійкість до руйнування, значно подовжуючи термін служби.
Зростаюча воднева інфраструктура висуває зростаючі вимоги до стандартів кваліфікації матеріалів. Методи випробування, включаючи випробування повільної швидкості деформації та оцінку розвитку втомної тріщини в газоподібному водні під високим{1}}тиском, надають дані, необхідні для сертифікації безпечної посудини. Титанові сплави не слід повністю відкидати для роботи з воднем, але також не можна розглядати їх як альтернативну-заміну сталі чи алюмінію. Якщо титанові сплави вибрано відповідно до правильної мікроструктури, захищено поверхневими бар’єрами та розроблено з-специфічними порогами втоми для водню, титанові сплави створюють легші та компактніші системи зберігання водню, які сприяють економіці водню.
