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Quantitative EBSD-Untersuchungen von weichmagnetischen Werkstoffen mit ZEISS Sigma 300
Mikroskopielösungen für die Forschung und Entwicklung von Legierungen

Verbesserte Analysen für komplexe neuartige Legierungen

3D-Imaging und Mikrostrukturanalysen in kürzerer Zeit und über größere Volumina

Die Entwicklung neuer und die Verbesserung bereits vorhandener Legierungen gehören ebenso wie die Erforschung ihrer grundlegenden Eigenschaften und ihres Verhaltens seit mehreren Jahrzehnten zu den zentralen Forschungsthemen. Zahlreiche Industriebereiche – Luft- und Raumfahrt, Energieversorgung, Transportwesen, Infrastruktur, Automobiltechnik – melden eine stetig steigende Nachfrage nach Legierungen mit besseren Eigenschaften und zu einem niedrigeren Preis. Im Rahmen der Forschung und Entwicklung von Legierungen kommt es auf innovative Möglichkeiten zur Analyse an, damit die Mikrostruktur und Leistung dieser Legierungen anhand verschiedenster Techniken beurteilt werden kann, sowohl in situ als auch ex situ. 

  • Hochauflösende Rasterelektronenmikroskopie für die detailgetreue Darstellung kleinster Ausscheidungen, intermetallischer Verbindungen, Oxiddispersionen und anderer Merkmale im Nanobereich
  • Fortschrittliches Machine Learning für die Datensegmentierung in 2D und 3D
  • Multiskalare 3D-Tomografie für die Korrelation von Daten über Längenskalen hinweg
  • Röntgenmikroskopie für das 3D-Mapping von Proben und die Abbildung von Merkmalen unterhalb der Oberfläche, sowohl in situ als auch ex situ
Hochtemperaturkorrosion und Ausdünnungen in einem defekten Rohr, aufgenommen mit dem C2D-Detektor an SIGMA 300 bei 50 Pa im druckvariablen Modus.

Hochtemperaturkorrosion und Ausdünnungen in einem defekten Rohr, aufgenommen mit dem C2D-Detektor an SIGMA 300 bei 50 Pa im druckvariablen Modus.

Auswirkungen von Korrosion und Fehlerursachen auf einer Metallstruktur

Kein System ist völlig immun gegen Versagen, Korrosion oder andere Qualitätsminderungen. Schnell oder allmählich, erwartet oder unvorhergesehen – es besteht immer das Risiko von Fehlern in der Produktion, der Fertigung oder im Einsatz. Die Folgen können von kleinen Unannehmlichkeiten bis hin zu einem katastrophalen Verlust von Menschenleben reichen. Strenge Qualitätskontrollen, validierte Produktionsmethoden und Inspektionen im laufenden Betrieb können ebenso dazu beitragen, die Wahrscheinlichkeit von Fehlern zu senken, wie die detaillierte Untersuchung aller bislang aufgetretenen Fehler, um die Ursache zu ermitteln und angemessene Korrekturmaßnahmen für die Zukunft zu treffen.

Die größten Fehler können aus kleinsten Unregelmäßigkeiten oder Fertigungsabweichungen entstehen – Poren, Einschlüsse, Risse, Eigenspannung oder sogar kleine Inhomogenitäten in der Mikrostruktur. Fehler können auch auf den Betrieb außerhalb der normalen Einsatzbedingungen oder auf plötzliche unerwartete Ereignisse zurückzuführen sein. Und natürlich im Rahmen von eingeplantem Verschleiß auftreten.

Rissbildung in Kohlenstoffstahl durch Ermüdung in einer korrosiven Umgebung, aufgenommen mit Rückstreuelektronen-Detektor (BSE), SIGMA 300.

Rissbildung in Kohlenstoffstahl durch Ermüdung in einer korrosiven Umgebung, aufgenommen mit Rückstreuelektronen-Detektor (BSE), SIGMA 300.

Die Mikroskopie ist ein wichtiges Hilfsmittel sowohl für die Fehleranalyse als auch für die Korrosionsprüfung. Sie umfasst die nachfolgenden Techniken und noch einiges mehr, um Ausmaß, Mechanismen und Merkmale von Korrosion zu bestimmen sowie die Fehlerursache zu ermitteln.

  • Lichtmikroskopie
  • Elektronenmikroskopie
  • Konfokale Lichtmikroskopie
  • EDX
  • EBSD
  • Raman-Spektroskopie
  • Röntgen-Computertomografie
  • Röntgenmikroskopie
  • FIB-SEM

ZEISS Software ermöglicht die einfache Korrelation zwischen mehreren Datensätzen, die mit unterschiedlichen Mikroskopen aufgenommen wurden. Alle Merkmale werden im Kontext dargestellt, sodass der Prüfer in der Lage ist, ein plötzliches oder allmähliches Versagen umfassend und eingehend nachzuvollziehen.

Mangelhafte Schweißnaht mit zahlreichen Defekten, aufgenommen mit Xradia 620 Versa

3D-Imaging von Metallen und Legierungen im Sub-Mikrometerbereich

Die Eigenschaften von Metallen und Legierungen werden in allen Phasen des Produktionsprozesses von ihrer Mikrostruktur bestimmt – vom Gießen, Schmieden und Extrudieren bis hin zu Verarbeitung, Schweißen, Fertigung und Einsatz. Materialmikrostrukturen sind dreidimensional und nicht unbedingt in allen Richtungen einheitlich: Sie können Poren, Hohlräume, Risse, verschiedene Phasen und andere geometrische Merkmale aufweisen. Das verlangt nach hochauflösendem Scannen mit umfassendem 3D-Mapping und einer computertomografischen Untersuchung aller Merkmale unter der Oberfläche und aller Dichteschwankungen.

Die übliche Röntgen-Computertomographie (CT) ist durch die geometrische Natur der Vergrößerung auf kleine Probengrößen beschränkt, wenn in hoher Auflösung abgebildet wird. Eine hohe Auflösung (400 nm) bei größeren Proben zu bewahren ist unmöglich, da mit längeren Arbeitsabständen gearbeitet werden muss. Die Röntgenmikroskope der Serie ZEISS Xradia 600 Versa vereinen eine doppelstufige Vergrößerungsarchitektur mit einer Strahlenquellentechnologie mit großer Flussrate. Damit ermöglichen sie im Vergleich zu Standard-CT-Systemen auch bei größeren Arbeitsabständen schnellere, zerstörungsfreie Scans und mehr Probendurchläufe mit besserem Kontrast-Rausch-Verhältnis und stark verbesserter Auflösung – selbst bei großen Proben.

Diese Möglichkeiten werden durch die LabDCT (Beugungskontrast-Tomografie) noch weiter optimiert, die das zerstörungsfreie Mapping von Ausrichtung und Mikrostruktur in 3D erlaubt. Das eröffnet eine neue Dimension bei der Charakterisierung von Metalllegierungen und polykristallinen Materialien. Zudem ist es sogar möglich, die mikrostrukturelle Entwicklung mit 4D‑Bildgebungsexperimenten zu untersuchen.

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