Bruchbeurteilung (REM/EDX)

Die TAZ GmbH arbeitet mit zwei Rasterelektronenmikroskopen (REM) mit angeschlossenen energiedispersiver Röntgenmikroanalysesystemen (EDX).

Seit der Einführung solche Geräte in den sechziger Jahren, sind diese ein unverzichtbares Instrument in der Materialuntersuchung geworden. Sie stellen die ultimative Ergänzung zu den ansonsten verwendeten Analyseverfahren wie Emissionsspektroskopie, Glimmentladung und metallographischen Untersuchungen dar.

Die grundlegenden Funktionen beruhen auf Wechselwirkungen von beschleunigten und fokussierten Elektronen mit dem zu untersuchenden Probenmaterial.

Beim Rasterelektronenmikroskop (REM) wird die Oberfläche eines Objektes/einer Materialprobe mit einem zum Punkt fokussierten Elektronenstrahl zeilenförmig abgerastert. Der komplette Vorgang findet im Hochvakuum statt, um Wechselwirkungen mit Atomen und Molekülen in der Luft zu vermeiden. Je nach Oberflächentopographie und Materialzusammensetzung einer Probe werden unterschiedlich viele Rückstreu- bzw. Sekundärelektronen erzeugt. Diese bei jedem Rasterpunkt entstehenden Signale werden synchron auf einem Bildschirm als unterschiedlicher Helligkeitswert dargestellt. Die Bilder weisen eine hohe Auflösung sowie eine hohe Schärfentiefe auf. Die zu erzielende Vergrößerung, üblicherweise 20 bis 50000fach, ergibt sich dabei aus dem Verhältnis der abgerasterten Fläche zur Größe des Bildschirms.

Das am REM angeschlossene Röntgenmikroanalysesystemen (EDX) nutzt eine weitere Wechselwirkung des Elektronenstrahls mit dem Probenmaterial, die Entstehung von Röntgenstrahlen. Diese werden durch einen Detektor aufgefangen und mit einem Vielkanalanalysator als Spektrum Intensität zu Energie dargestellt. Die spezifische Energie der Röntgenstrahlung wird durch die angeregten Atome bestimmt und ist damit für die betreffenden Elemente charakteristisch. Die gemessenen Intensitäten geben Aufschluss auf die Konzentration der vorhandenen Elemente. Durch diese Methode ist damit z. B. die Analyse kleinster Partikel möglich.

Da alle Signale der Geräte simultan detektiert werden sind ortsaufgelöste Verteilungsbilder, sogenannte Mappings möglich. Dadurch kann z. B. die Verteilung von Verunreinigungen über einen bestimmten Bereich der Probenoberfläche bildlich dargestellt werden.

  • Untersuchung der Topographie von Materialoberflächen auf Bearbeitungsstrukturen, Verschleiß, Verunreinigungen, Belägen und Korrosionsangriff
    Struktur von Bruchflächen
  • Nachweis von Materialfehlern wie Einschlüssen, Oxidhäuten, Dopplungen
  • Analyse von Partikeln, Einschlüssen und Ausscheidungen
  • Struktur und Analyse von Beschichtungen, Messung von Schichtdicken
  • Analysen von Oberflächen und dazugehörige Elementverteilungsbilder
  • u.v.m.

Beispiele und Bilder:

Bei den nachfolgend aufgeführten Beispielen sind einige Brüche aus der Praxis aufgezeigt.
Die Einteilung der Brüche kann nach den unterschiedlichsten Kriterien erfolgen:

A – Einfachste Einteilung nach sichtbarer bzw. nicht sichtbarer plastischer Verformung in

  • Zähbruch (Verformungsbruch)
  • Sprödbruch

B – Einteilung nach Bruchmechanismus

  • Gleitbruch (Wabenbruch)
  • Spaltbruch
  • Diffusionskontrollierter Bruch
  • Bruch durch risserzeugende Korrosion

C – Einteilung in 3 Hauptgruppen: Risse und Brüche

  • durch mechanische Belastung
  • durch thermische Belastung
  • durch Korrosionsbelastung

Elementverteilungsbilder von Lamellengraphit in Guss mit lokalen Anreicherungen von Phosphor, Chrom und Molybdän

EDX ist ein Verfahren zur ortsaufgelösten Elementanalyse von Feststoffen. Die energiedispersive Röntgenmikroanalyse ermöglicht die Ermittlung der Elementzusammensetzung auf einer mittels REM abgebildeten Oberfläche. Neben flächiger und Spotmessung können auch Elementverteilungsmappings aufgenommen werden. Diese ermöglichen eine lokale Zuordnung der Elementeverteilung über einen bestimmten Messbereich.