Die Metallographie beschäftigt sich mit der detaillierten Untersuchung und Charakterisierung der mikrostrukturellen Eigenschaften von Metallen und Legierungen. Diese Analyse ermöglicht ein Verständnis der mechanischen, physikalischen und chemischen Eigenschaften metallischer Materialien.
Schritte in der Metallographie
Probenvorbereitung durch Trennen und Einbetten
Metallographische Schliffpräparation durch Schleifen und Polieren
Auflichtmikroskopie mit verschiedenen Kontrasten – Hellfeld, Dunkelfeld, Differentialinterferrenzkontrast (DIC)
Gefügekontrastierung durch metallographisches Ätzen
Für die metallkundliche Analyse und zur Untersuchung von Werkstoffeigenschaften stehen umfangreiche und vielfältige Prüfverfahren zur Verfügung. Ob es um Schäden an Bauteilen, die Entwicklung neuer Produkte oder Fragen der Qualitätssicherung geht: Am fem werden die erforderlichen Untersuchungen von Bauteilen und Werkstoffen schnell, zuverlässig und in höchster Qualität durchgeführt.
anwendung
Qualitative Untersuchung der Mikrostruktur/des Gefüges
Vermessung von Gefügebestandteilen
Quantitative Bestimmung von Gefügekennwerten (Korngröße, Phasenanteile etc.)
Schichtcharakterisierung am metallographischen Schliffbild: Untersuchung des Schichtaufbaus und Vermessung der Schichtdicke
Untersuchung von Schadensfällen
REM Rasterelektronenmikroskopie mit EDX und EBSD
AUF EINEN BLICK
Hochauflösende REM und STEM
Ortsaufgelöste Elementanalyse
Korrelative Mikroskopie
Untersuchung von luft- oder feuchtigkeitsempfindlichen Proben
Präparation von (S)TEM-Lamellen
Präparation von FIB-Querschnitten
FIB-REM Tomographie
Energiedispersive Röntgenspektrometrie (EDX)
Wellenlängendispersive Röntgenspektrometrie (WDX)
Elektronenrückstreubeugung (EBSD)
ESB (Energy Selective Backscattered)
Die mit einer Feldemissionskathode ausgestatteten Rasterelektronenmikroskope (REM) ermöglichen Materialuntersuchungen im Nanometerbereich. Aufnahmen mit den Sekundärelektronen (SE)-Detektoren sind topographie- bzw. kantenbetont, während Aufnahmen mit dem Rückstreuelektronen (RE)-Detektor den Material- bzw. Channeling-Kontrast zeigen. Zur ortsaufgelösten Elementanalyse stehen Detektoren für energie- bzw. wellenlängendispersive Röntgenspektrometrie zur Verfügung (EDX, WDX). Die kristallographischen Eigenschaften können mit Elektronenrückstreubeugung (EBSD) analysiert werden. EBSD liefert Informationen über Phasen, Korngrößen und Kristallorientierungen. Gezielte Materialabtragungen ermöglicht der fokussierte Ga-Ionenstrahl (Focused Ion Beam, FIB). Mit FIB lassen sich Querschnitte in Oberflächen mit hoher Ortsauflösung präparieren und in situ elektronenmikroskopisch untersuchen. Daher eignet sich diese Methode beispielsweise zur Untersuchung von Schichtsystemen, Defekten oder Korrosion.
STRUKTURUNTERSUCHUNGEN
Darstellung von Materialkontrasten mit RE-Detektor
RE-Aufnahmen von Gefügen nach Ionenstrahlpräparation
Aufnahmen von Nanopartikeln mit InLens-Detektor
ESB (Energy Selective Backscattered)
Darstellung des Materialkontrasts einer Eloxalschicht mit Cu-Einlagerung mit dem RE-Detektor
RE-Aufnahme von Gefüge nach Argon-Ionenstrahlpräparation
Platin-Nanopartikel auf einer Membran, aufgenommen mit dem InLens-Detektor
Ruthenium-Cluster auf einer mit Silber beschichteten Glaskugel, aufgenommen mit dem Niederspannungs-RE-Detektor (Energy selective Backscattered, EsB)
Röntgenspektrometrische Elementanalyse
Energiedispersive Röntgenspektrometrie (EDX)
Wellenlängendispersive Röntgenspektrometrie (WDX)
Energiedispersive Röntgenspektrometrie (EDX)
Wellenlängendispersive Röntgenspektrometrie (WDX)
FIB Focused Ion Beam
AUF EINEN BLICK
Hochauflösende REM und STEM
Ortsaufgelöste Elementanalyse
Korrelative Mikroskopie
Untersuchung von luft- oder feuchtigkeitsempfindlichen Proben
Präparation von (S)TEM-Lamellen
Präparation von FIB-Querschnitten
FIB-REM Tomographie
Energiedispersive Röntgenspektrometrie (EDX)
Wellenlängendispersive Röntgenspektrometrie (WDX)
Elektronenrückstreubeugung (EBSD)
ESB (Energy Selective Backscattered)
Korrosionsuntersuchung am FIB-Querschnitt
Die mit einer Feldemissionskathode ausgestatteten Rasterelektronenmikroskope (REM) ermöglichen Materialuntersuchungen im Nanometerbereich. Aufnahmen mit den Sekundärelektronen (SE)-Detektoren sind topographie- bzw. kantenbetont, während Aufnahmen mit dem Rückstreuelektronen (RE)-Detektor den Material- bzw. Channeling-Kontrast zeigen. Zur ortsaufgelösten Elementanalyse stehen Detektoren für energie- bzw. wellenlängendispersive Röntgenspektrometrie zur Verfügung (EDX, WDX). Die kristallographischen Eigenschaften können mit Elektronenrückstreubeugung (EBSD) analysiert werden. EBSD liefert Informationen über Phasen, Korngrößen und Kristallorientierungen. Gezielte Materialabtragungen ermöglicht der fokussierte Ga-Ionenstrahl (Focused Ion Beam, FIB). Mit FIB lassen sich Querschnitte in Oberflächen mit hoher Ortsauflösung präparieren und in situ elektronenmikroskopisch untersuchen. Daher eignet sich diese Methode beispielsweise zur Untersuchung von Schichtsystemen, Defekten oder Korrosion.
STRUKTURUNTERSUCHUNGEN
Darstellung von Materialkontrasten mit RE-Detektor
RE-Aufnahmen von Gefügen nach Ionenstrahlpräparation
Aufnahmen von Nanopartikeln mit InLens-Detektor
ESB (Energy Selective Backscattered)
Darstellung des Materialkontrasts einer Eloxalschicht mit Cu-Einlagerung mit dem RE-Detektor
RE-Aufnahme von Gefüge nach Argon-Ionenstrahlpräparation
Platin-Nanopartikel auf einer Membran, aufgenommen mit dem InLens-Detektor
Ruthenium-Cluster auf einer mit Silber beschichteten Glaskugel, aufgenommen mit dem Niederspannungs-RE-Detektor (Energy selective Backscattered, EsB)
Röntgenspektrometrische Elementanalyse
Energiedispersive Röntgenspektrometrie (EDX)
Wellenlängendispersive Röntgenspektrometrie (WDX)
Energiedispersive Röntgenspektrometrie (EDX)
Wellenlängendispersive Röntgenspektrometrie (WDX)
Ionenstrahlpräparation
Argon-Ionenstrahlpräparation von Oberflächen für die Gefügeanalyse im REM
Hochauflösende Strukturuntersuchungen und orientierungsmikroskopische Methoden im Bereich der Rasterelektronenmikroskopie erfordern verformungs- und spannungsfreie Oberflächen. Eine konventionelle metallographische Präparation ist aufgrund der eingebrachten mechanischen Kräfte unzureichend. Der flächige Beschuss mit Argon-Ionenstrahlen ist eine technisch anspruchsvolle Methode zur verformungsfreien Präparation von Oberflächen.
Das Prinzip ist in der folgenden Abbildung dargestellt: Die rotierende Probe wird mit zwei Ionenstrahlen unter einem sehr flachen Einfallswinkel beschossen. Beim Auftreffen der Argon-Ionen auf die Probenoberfläche wird durch deren kinetische Energie Material abgetragen.
Vorgaben für die Ionenstrahlpräparation
Planparallele Schliffe (oder zugesägte Proben) mit einer maximalen Diagonale von 25 mm
Schliffhöhe 6–11 mm
Der zu untersuchende Bereich befindet sich zentrisch im Schliff
Die Schliffoberfläche ist metallographisch vollständig zu präparieren. Dabei ist darauf zu achten, dass die Verformungen der vorangegangenen Präparationsschritte sehr gründlich abgetragen werden
Probe, Einbettmittel und Einbetthilfen müssen temperatur- (bis 120° C), vakuum-, elektronenstrahl- und ionenstrahlbeständig sein
