Metallographische Präparation von Aluminium

Metallographische Präparation von Aluminium

Im Folgenden haben wir unsere Empfehlungen für die Präparation von Aluminium für die metallographische Prüfung im Hinblick auf die üblichen Kennwerte zusammengefasst. Behandelt wird sowohl das vierstufige als auch das fünfstufige Verfahren für die Präparation von Aluminium; außerdem finden sich eine Reihe von nützlichen Tipps zu Probenpräparation und Prüfung.

Ätzen

Aluminium ist ein weiches, duktiles Metall. Verformungsbedingte Schädigungen sind bei der Materialpräparation ein häufiger auftretendes Problem bei den reineren Legierungen. Nach der Präparation bildet sich an der Oberfläche eine dichte Oxidschutzschicht, die das Ätzen erschwert. Handelsübliche Sorten enthalten zahlreiche diskrete intermetallische Partikel in unterschiedlichen Zusammensetzungen. Diese intermetallischen Partikel werden normalerweise früher als die Matrix durch das Ätzmittel angegriffen. Die Reaktion auf spezielle Ätzmittel wird zwar bereits seit Jahren zur Identifikation dieser Phasen verwendet, trotzdem bedarf das Verfahren einer präzisen Kontrolle. In neuerer Zeit erfolgt die Identifikation der Phasen üblicherweise aufgrund der höheren Zuverlässigkeit mit energiedispersiven Verfahren.

Die Tabellen 6.1 und 6.2 zeigen fünf- und vierstufige Verfahren für Aluminiumlegierungen, Abbildung 6.1 die zu erwartenden Ergebnisse. MgO ist traditionell bei Aluminium und Aluminiumlegierungen das bevorzugte Poliermittel für die Feinstpolitur, ist jedoch ein schwer handzuhabendes Poliermittel und nicht in sehr feinen Körungen erhältlich. Deshalb wird Magnesiumoxid in neuerer Zeit immer mehr durch kolloidales Siliziumdioxid als bevorzugtes Poliermittel für die letzte Polierstufe verdrängt, das eine feinere Körnung aufweist.

Für Farbätzungen und bei den problematischsten Aluminiumsorten kann eine kurze Vibrationspolitur erforderlich sein, um sämtliche Beschädigungen oder Kratzer vollständig zu entfernen. Das fünfstufige Verfahren wird für Reinst- und Reinaluminium und für schwer zu präparierende Knetlegierungen empfohlen.
Tabelle 6.1: 5-stufiges Verfahren für weiche Aluminiumlegierungen
Trennen Abrasiver Trennschneider mit einer für Nicht-Eisen-Metalle empfohlenen Trennscheibe
Einbetten Warm- oder Kalteinbettung, üblicherweise mit PhenoCure, EpoxiCure 2, EpoThin 2 oder SamplKwick
Ober¬fläche Schleifmittel/Größe Kraft lbs[N]/
Probe
Scheiben-drehzahl [U/min] Relative Laufrichtung Zeit [min:sec]
CarbiMet SiC 320-er Körnung [P400] wassergekühlt 5[22] 300 Complimentary Rotation Bis zur Planheit
TextMet C 9µm MetaDi Supreme Diamant* 5[22] 150 Contra Rotation 5:00
TextMet C 3µm MetaDi Paste* 5[22] 150 Complimentary Rotation 4:00
TextMet C 1µm MetaDi Supreme Diamant* 5[22] 150 Complimentary Rotation 2:00
ChemoMet 0.06µm MasterMet kolloidales Siliziumdioxid 5[22] 150 Contra Rotation 1:30
Platen = Scheibe Specimen Holder = Probenhalter *MetaDi Fluid Extender nach Bedarf
Bildgebung & Analyse Dendritenabstände, Porositätsanalyse, Korngröße (je nach Aluminiumsorte und Verarbeitung)
Härte¬prüfung Vickers, Knoop

Schleifen & Polieren

Zum Planschleifen kann auch ein wasserfestes Schleifpapier mit 240-er Körnung [P280] oder 320-er Körnung [P400] verwendet werden. Ein UltraPol-Poliertuch ermöglicht eine bessere Oberflächenqualität als ein UltraPad-Tuch, wobei letzteres eine höhere Haltbarkeit hat. Wenn es auf eine hohe Kantenschärfe ankommt, ist ein ChemoMet-Tuch zu empfehlen.

Reines Aluminium und manche Legierungen sind anfällig für das Eindrücken von feinen Diamantpartikel des Schleifmittels, ganz besonders bei Verwendung von Suspensionen. Falls dies der Fall ist, ist es ratsam, auf Pasten umzusteigen, bei denen eine Einlagerung weniger wahrscheinlich ist.

Reinst- und Reinaluminium kann einer kurzen Vibrationspolitur unterzogen werden, um Kratzer zu beseitigen (mit den gleichen Produkten wie im letzten Schritt), in den meisten Fällen ist dies jedoch nicht erforderlich. MasterPrep-Aluminiumoxid-Suspension hat sich als hoch effektiv für die Feinstpolitur erwiesen; in einem Kalzinierungsverfahren hergestellte Standard-Aluminiumoxid-Schleifmittel sind für Aluminium hingegen nicht geeignet.

Bei zahlreichen Aluminiumlegierungen lassen sich mit einem vierstufigen Verfahren wie in Tabelle 6.2. beschrieben hervorragende Ergebnisse erzielen. Die zu erwartenden Ergebnisse gehen aus Abb. 6.2 hervor. Bei diesem Verfahren bleiben alle in Aluminium zu beobachtenden intermetallischen Phasen erhalten und Reliefbildung wird minimiert.

Kunstfasertücher ohne Flor können für den letzten Schritt in Verbindung mit kolloidalem Siliziumdioxid verwendet werden und führen zu weniger Reliefbildung als bei einem Tuch mit kurzem oder mittlerem Flor, beseitigen aber unter Umständen feine Polierkratzer nicht ganz so effektiv.

Bei sehr reinem Aluminium kann im Anschluss an dieses Verfahren zur weiteren Verbesserung der Oberflächenqualität eine Vibrationspolitur erfolgen, da es bei diesen Werkstoffen schwierig sein kann, eine Oberfläche zu erzielen, die vollständig frei von Kratzern ist.
Tabelle 6.2: 4-stufiges Verfahren für Aluminiumlegierungen
Trennen Abrasiver Trennschneider mit einer für Nicht-Eisen-Metalle empfohlenen Trennscheibe
Einbetten Warm- oder Kalteinbettung, üblicherweise mit PhenoCure, EpoxiCure 2, EpoThin 2 oder SamplKwick
Ober¬fläche Schleifmittel/Größe Kraft lbs[N]/
Probe
Scheiben-drehzahl [U/min] Relative Laufrichtung Zeit [min:sec]
CarbiMet SiC 320-er Körnung [P400] wassergekühlt 5[22] 300 Complimentary Rotation Bis zur Planheit
UltraPad 9µm MetaDi Supreme Diamant* 5[22] 150 Contra Rotation 5:00
TriDent 3µm MetaDi Supreme Diamant* 5[22] 150 Complimentary Rotation 4:00
ChemoMet 0,02-0,06µm MasterMet kolloidales Siliziumdioxid 5[22] 150 Contra Rotation 1:30
Platen = Scheibe Specimen Holder = Probenhalter *MetaDi Fluid Extender nach Bedarf
Bildgebung & Analyse Dendritenabstände, Porositätsanalyse, Korngröße (je nach Aluminiumsorte und Verarbeitung)
Härte¬prüfung Vickers, Knoop

Nützliche Tipps für Aluminium

Bei vielen niedrig legierten Aluminiumlegierungen lässt sich mit standardmäßigen Verfahren nur schwer eine perfekte Oberfläche erzielen. Durch den Einsatz eines Vibrationspoliergeräts kann in Verbindung mit MasterMet 2 kolloidalem Siliziumdioxid eine verformungs- und kratzerfreie Oberfläche zum Eloxieren oder Farbätzen und die Untersuchung unter polarisiertem Licht oder mit dem Nomarski- DIC-Verfahren erzeugt werden.

Weitere Informationen zur Präparation von Proben aus Aluminium und anderen Metallen für die metallographische Untersuchung finden Sie in unserem Buehler SumMet -Leitfaden.