Gefügetomographie

Metallography
Quality Inspection, Test Methods
Material and Casting Testing
Allgemein

Bildgebendes Verfahren zur räumlichen Beschreibung komplexer Gefügestrukturen. Die 3D-Gefügeabbildung mittels FIB (Focused Ion Beam) und REM (Rasterelektronenmikroskop) basiert auf einer Serienschnitttechnik. Mit Hilfe des fokussierten Ionenstrahls (FIB) kann die Probe schrittweise mit einer Genauigkeit von wenigen Nanometern abgetragen werden. Die Querschnittsflächen werden dann mit Hilfe des REM abgebildet. Der große Vorteil dieser Methode liegt einerseits in der für viele Gefüge passenden Auflösung im Nanometerbereich und andererseits in der Vielzahl an Kontrastmöglichkeiten im REM. Neben Rückstreuelektronen- oder Sekundärelektronenkontrast können neuerdings ebenfalls eine chemische Analyse mittels energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDX) oder eine Bestimmung der Phase und der Kristallorientierung mittels Rückstreuelektronenbeugung (EBSD) integriert werden. Das untersuchbare Volumen liegt abhängig vom Werkstoff im Bereich von 50 bis 100 µm Kantenlänge. Durch die räumliche Rekonstruktion der Serienschnitte wird das Gefüge als dreidimensionaler Datensatz zugänglich. Mit den Möglichkeiten der 3D-Bildverarbeitung können besonders auch lokale Inhomogenitäten und Gefügedegradationen sichtbar gemacht werden.

Beispielsweise können mit der FIB/REM-Gefügetomographie ausgewählte Graphitteilchen (Bild) im Gusseisen mit unterschiedlicher Morphologie untersucht werden. Keime und Einschlüsse innerhalb der Teilchen können dabei mittels Röntgenspektroskopie (EDX) chemisch analysiert werden. In Kugelgraphit-Teilchen kann der Volumenanteil der Einschlüsse erfasst werden. Eine große Anzahl an Einschlüssen stört das Wachstum der Graphitkugeln und führt zu einer rauen Oberfläche der Teilchen. Für Vermiculargraphit wird deutlich, dass die Graphitstrukturen zunächst kugelförmig zu wachsen beginnen, sich dann aufgrund einer hohen Anzahl von Einschlüssen stärker verzweigen und schließlich eine korallenförmige Morphologie ausbilden.

3D-Rekonstruktion eines Kugelgraphitteilchens mit Keim und Einschlüssen (links) und eines Vermiculargraphit-teilchens (rechts)© Michael Engstler, Universität des Saarlandes

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