μ-MIM® Technical Newsletter Vol. 23: Die Analyse für Legierungsentwicklungen
Legierungsentwicklung mittels EBSD
Die Elektronenrückstreuung (EBSD) ist eine bahnbrechende Methode zur Kristallanalyse, die sich in den späten 1990er bis 2000er Jahren dank der großen Verbesserung der Berechnungsgeschwindigkeit des an das EBSD-System angeschlossenen Computers weit verbreitet hat. Das EBSD-Analysegerät ist mit einem Rastermikroskop (SEM) ausgestattet, das dasselbe wie ein energiedispersives Spektrometer (EDS) ist. Das wichtigste Merkmal der EBSD ist die Bestimmung der Kristallorientierung in jedem einzelnen Kristallkorn. Die Orientierung wird mit Hilfe der Farbkarte dargestellt, so dass es möglich ist, die Phasenverteilung oder Aggregatstruktur zu beobachten und schließlich den Anteil der Phasen zu berechnen. Durch die Entwicklung des Computersystems und der Software wird der leere Bereich nahe der Korngrenze minimiert und eine hochauflösende Analyse ermöglicht.
Unser Beispiel für die Beobachtung von Titanlegierungen
Wir setzen EBSD für die Entwicklung einer neuen Titanlegierung ein, in Zusammenarbeit mit einem externen Institut. Die mechanischen Eigenschaften der Titanlegierung werden durch das Konstruktionsverhältnis zwischen der α-Phase und der β-Phase bestimmt. Daher ist die EBSD unverzichtbar, um die Zusammensetzung und die Verteilung der Kristallphasen zu bestätigen, die das Ergebnis der Prüfung der mechanischen Eigenschaften theoretisch unterstützen. Die Bilder unten sind ein Beispiel für die EBSD-Analysedaten einer Titanlegierungsprobe. Die Kristallgröße und die Phasen sind deutlich zu erkennen. Die Grundlage der EBSD ist die Beobachtung des "Kikuchi-Musters", das in der Geschichte der Kristallographie bereits seit langem bekannt ist. Allerdings ist die Bestimmung der Phase sehr zeitaufwändig, wenn kein computergestütztes System vorhanden ist. Gegenwärtig wird die EBSD in großem Umfang und häufig für die Materialentwicklung eingesetzt, was vor Jahrzehnten noch unvorstellbar schien. Auch die Entwicklung von Superlegierungen könnte mit Hilfe dieser technischen Entwicklung möglich sein.
Säule
Die Herbstlaubsaison ist eine der beliebtesten Zeiten in Japan. Viele Besucher kommen in die beliebten Berge, um unter den farbenprächtigen Blättern zu wandern. Die ganze Atmosphäre in der Natur steigert unseren Appetit, so dass es im Japanischen die Redewendung "Herbstappetit" gibt. Bunte Blätter findet man nicht nur in den Bergen, sondern auch in Parks, auf Straßen, in Tempeln und Schreinen. In den letzten Jahren schenken ausländische Touristen der harmonischen Schönheit Japans immer mehr Aufmerksamkeit, und der Herbst wird zur zweitheißesten Jahreszeit für Reisen. Es wäre eine Überlegung wert, Japan in dieser Jahreszeit zu besuchen, wenn sich die Korona-Pandemie beruhigt hat.
Fazit
Risse, Absacken oder Blasenbildung werden häufig als Folge des Aufquellens des Bindemittels und/oder der unterschiedlichen Eigenspannungen zwischen der Oberfläche und dem Inneren beobachtet. Diese Probleme lassen sich durch die Auswahl geeigneter organischer Lösungsmittel und durch Temperaturkontrolle vermeiden.
Das katalytische Entbindern nutzt die Sublimation des Bindemittels, wodurch es möglich ist, das Bindemittel in relativ kurzer Zeit zu zersetzen und die Verformung zu minimieren. Bei einer stark sauren Atmosphäre ist die Auswahl an Metallwerkstoffen jedoch begrenzt.
Beim Sinterprozess setzt die Halsbildung („Necking“), d. h. die Ausbildung von Brückenbindungen zwischen Metallpulverkörnern durch thermische Diffusion, bei Erreichen der Sintertemperatur ein. Sobald dieses Necking einsetzt, wird eine Schrumpfung beobachtet, die die Dichte erhöht. Bevor das Necking einsetzt, sollten daher alle organischen Bestandteile zersetzt und das Gas zwischen den Pulverkörnern entfernt werden. Im Sinterprozess führen unerwünschte chemische Reaktionen wie Oxidation oder Karbonisierung zum Verlust mechanischer Eigenschaften, weshalb zu Beginn des Prozesses eine präzise Atmosphärensteuerung mit niedriger Heizrate erforderlich ist. Wenn die Sintertemperatur erreicht ist, können außerdem einige pflanzenbasierte Bindemittel verdampfen.