Werkstoffanalytik

Sowohl Werkstoffe als auch die Materialien aus den Geowissenschaften sind in ihren physikalischen und mechanischen Eigenschaften meist anisotrop, also richtungsabhängig. Diese Eigenschaften ergeben sich aus dem inneren Aufbau, Größe und Orientierung der Kristallite, als auch durch Korngrenzeigenschaften und intrinsischen Spannungen des Materials. Somit ist die quantitative Bestimmung dieser Parameter sehr wichtig für viele Entwicklungen in der Technik, dem Maschinenbau, der Optimierung von Materialien und Verfahren in Produktentwicklung und Herstellung vieler Werkstoffe. Auch in der Schadensanalytik sind diese Verfahren sehr wichtig. Für die geowissenschaftliche Forschung bildet diese Analytik die Grundlage für die Rekonstruktion von geologischen Deformationsprozessen, wie auch auch für gesteinsmechanische Analysen. Unsere Analytik richtet sich sowohl an angewandte Fragestellungen (Werkstoffprüfung), als auch an die Grundlagenforschung.

Wir bieten in unserem Institut verschiedene – bei Bedarf auch kombinierbare – Verfahren an. Damit können wir Proben entweder insgesamt (global) oder ortsaufgelöst (lokal) analysieren. Für eine globale Analytik von Materialien verwenden wir Beugungsmethoden, die je nach Fragestellung mittels Röntgen-, Synchrotron-, oder Neutronendiffraktion durchgefürt werden. Hier ist es möglich sowohl Pulver- als auch Texturuntersuchungen an vielfältigen Materialien durchzuführen. Daneben bieten wir ortsaufgelöste Textur- und Gefüge- bzw. Metallographieanalysen mittels Rasterelektronenmikroskopie, Lauekamera und optischer Mikroskopie an. Ebenso können Härteprüfungen an unterschiedlichen Materialien durchgeführt werden. Nach Absprache analysieren wir auch Legierungen und mehrphasige Materialien durch zerstörungsfreie Verfahren. Für jede Fragestellung entwickeln wir zusammen mit Ihnen eine optimale Analysestrategie.

In unserem Labor existieren Röntgendiffraktometer für sowohl Pulver- als auch Texturanalysen. Mittels Pulverdiffraktometrie bieten wir qualitative (Search/Match) und quantitative Phasenanalysen (Rietveldanalysen) an. Auf der Basis von Texturanalysen können anisotrope makroskopische Materialeigenschaften, wie E-Modul, thermische Ausdehnung, magnetische Eigenschaften, plastisches Materialverhalten bei der Umformung (r-Wert) oder die Bestimmung des Materialzustandes (z.B. vollständige oder teilweise Rekristallisation) bestimmt werden. Außerdem führen wir für Sie Spannungsanalysen (Eigenspannung, Materialspannungen unter mechanischer Belastung), Experimente unter uniaxialem Druck und Korngrößenanalysen, bzw. auch Kristallitgrößenverteilungsanalysen durch. Diese Verfahren können auch mit ortsaufgelösten Verfahren kombiniert werden. Bei Bedarf, also je nach Materialbeschaffenheit und Fragestellung, führen wir sowohl Pulver-, wie auch die Texturdiffraktometrie, auch extern an Synchrotron- oder Neutronenquellen durch. Zusätzlich bieten wir auch Bestimmungen von Einkristallorientierungen und Gütebestimmungen von Einkristallen in polykristallinen Materialien mittels Lauekamera an.

Unsere Analytik mittels Rasterelektronenmikroskopie umfasst sowohl Gefügeanalysen bzw. Metallographie mittels Rückstreu- und Sekundärelektronenbilder, als auch Texturanalysen mittels EBSD (Electron Backscattter Diffraction). Die Rückstreubilder können in Absprache quantitativ (z.B. Partikelanalysen, Korngrößen, Korngrenzorientierungen, Porosität und Rissverteilungen in 2D) ausgewertet werden. Zusätzlich bieten wir Analysen zu Mineral, bzw. Kristallitalterationen an. Dazu können mittels der Verwendung von energiedispersiver Röntgenstrahlen-Analyse (EDX) Elementverteilungen in Profilen oder Rasteranalysen, z.B. für eine Schadensanalytik, analysiert werden. Ergänzend zu den globalen Texturanalysen, können mittels EBSD lokal ortsaufgelöst Kristallorientierungen in einer Auflösung von 500 nm durchgeführt werden.

Für Härteprüfungen verwenden wir eine Vickers Mikro-Härteprüfmaschine Wolpert Testor 4021. Durch die Ausstattung mit Prüfspitze können auch einzelne Gefügebestandteile in der Härteskala HV 0,2 bis 10 kp, also entsprechend im Kraftbereich von 1,96 – 98,07 N, gemessen werden. Wir bieten diese Werkstoffprüfung natürlich einzeln oder auch in Kombination mit anderen Analysen an.

Wir bieten in unserem Institut auch ortsaufgelöste Röntgenfluoreszenzanalysen (RFA/XRF) an, die sehr gut dazu geeignet ist, die chemische Zusammensetzung von Legierungen metallischer Werkstoffe zu überprüfen. Diese Werkstoffprüfung kann an Einzelpunkten, in Linienprofilen, oder an Rasterpunkten über Oberflächen durchgeführt werden. Bei Bedarf können diese Analysen auch mit weiterer Metallographie kombiniert werden.

Wir führen an unserem Institut optische Gefügeanalytik einmal in Durchlichtmikroskopie (Geomaterialien, Keramik etc.) oder in Auflichtmikroskopie (Metallographie) durch. Bei der Durchlichtmikroskopie liegt die analytische Auflösung bei bis zu 0,2 μm, während die bei der Auflichtmikroskopie Auflösungen bis zu 1,6 μm möglich sind. Nach Absprache können bei beiden Verfahren auch quantitative Analysen des Gefüges über Bilddatenauswertung durchgeführt werden. Diese Untersuchungen können bei Bedarf auch mit weiteren Methoden unserer Werkstoffprüfung ergänzt werden.