Metallografie

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metallografischer Anschliff einer Glockenbronze

Die Metallografie bzw. -graphie ist die Lehre vom Gefügeaufbau der Metalle und stellt damit eine Disziplin der Metallkunde dar. Die Tätigkeit wird von einem Metallographen ausgeübt. Aufgabe der Metallographie ist die qualitative und quantitative Beschreibung des Gefüges metallischer Werkstoffe mit Hilfe mikroskopischer Verfahren.Um das Gefüge eines metallischen Werkstoffes im Mikroskop zu erkennen, muss es präpariert werden. Die Kenntnisse über die Eigenschaften und die Verarbeitung eines Metalles ist wichtig, um Fehler bei der Präparation und Gefügebeurteilung zu vermeiden.

Genauso wie auch nichtmetallische Kristalle (wie z.B. der Bergkristall) weisen auch die Metalle eine kristalline Struktur auf, die sich qualitativ und quantitativ erfassen lässt. In der Metallografie geschieht dies üblicherweise durch die Präparation eines Anschliffes, der auf Hochglanz poliert und auflichtmikroskopisch untersucht wird. Ein kratzerfreier, zur makro- und / oder mikroskopischen Beobachtung geeigneter Schliff muss eine repräsentative, randscharfe, ebene Fläche des zu untersuchenden Werkstoffes haben, die sein Gefüge eindeutig erkennen lässt und die keine bei der Herstellung verursachten Veränderungen wie Verformungen, Ausbrüche, Kratzer und Verschmierungen aufweist. Die Herstellung einwandfreier Anschliffe ist grundsätzlich für alle festen Werkstoffe möglich, oft aber sehr aufwendig.

Direkt nach der Politur sind aufgrund der unterschiedlichen Reflexionseigenschaften von Metallen und Nichtmetallen bereits erste Aussagen über die Reinheit des Materials machbar. Verunreinigungen heben sich dabei üblicherweise dunkel von der metallischen Grundmasse ab.

Schleifunterlagen sind Papiere und Gewebe auf denen die Körnungen aufgebracht sind. Polierunterlagen sind hauptsächlich Tücher (Filz, Samt, Kunstfaser, Leinen). Zum besseren Abtrag und zur Kontrolle der Schleif- und Polierriefen ist die Probe nach jeder Schleif- bzw. Polierstufe um 90° zu drehen.

Standardrezept :

Nassschleifen auf SiC-Papier der Körnung P320/P500/P800/P1000/P1200
Vorpolieren mit Diamantsuspension mit den Körnungen 6 µm, 3 µm, 1 µm auf Kunstseide oder Baumwolltuch mit alkoholischem Schmiermittel
Feinpolieren mit Tonerdesuspension, auf einem Woll- oder Samttuch.

Eine sehr gute und schnelle Alternative:

Nassschleifen auf 75 µm Diamantscheibe
Polieren mit 9 µm Diamantsuspension auf Wabenscheibe
Polieren mit 3 µm Diamantsuspension auf Wabenscheibe
Polieren mit 3 µm Diamantsuspension harter glatter Scheibe
Polieren mit oxidischer Poliersuspension auf weichem Tuch

Sorgfältiges Reinigen zwischen den einzelnen Schleif- und Polierstufen ist notwendig, um ein Mitschleppen von gröberen Schneidkörnern und Abrieb zu vermeiden. Zum Trocknen werden zunächst die schwer verdampfenden Flüssigkeiten (z.B. Wasser, Öl) mit Alkohol von der Probe abgespült. Im heißen Luftstrom (Fön) trocknet diese Flüssigkeit rasch und fleckenfrei.

Die mikroskopische Untersuchung erfolgt zunächst bei kleiner Vergrößerung, die einen guten Überblick gestattet. Im allgemeinen zeigt eine fertigpolierte Schlifffläche kein Gefüge, da das auffallende Licht nahezu gleichmäßig reflektiert wird. Nach Bedarf werden Stufenweise höher vergrößernde Objektive verwendet. Sollen Aussagen über das Gefüge gemacht werden, ist es nötig, den Anschliff anzuätzen - hierbei wird mit unterschiedlichsten Lösungen (Säuren, Laugen, neutralen Lösungen, Salzschmelzen, etc.) gearbeitet. Das Ätzen sollte immer unmittelbar nach dem Polieren, also nicht am nächsten Tag, durchgeführt werden. Ist das Gefüge korrekt kontrastiert, lassen sich Aussagen über den Wärmebehandlungszustand und Güte, sowie in vielen Fällen Rückschlüsse auf den Herstellungsprozess und Fehlerursachen bei Schadensfällen tätigen.

Neben der Auflichtmikroskopie kommt auch die Elektronenmikroskopie zur Anwendung, bei der nicht nur polierte Schliffe, sondern auch Bruchflächen untersucht und durch die Spektroskopie die chemische Zusammensetzung der Gefügebestandteile analysiert werden können.Der Schliff sollte im ungeätzten als auch im geätzten Zustand betrachtet werden.

Am ungeätzten Schliff werden beobachtet :

Poren
Mikrolunker
Gasblasen
Sinterporen
Trennporen
Risse
Seigerungen
nichtmetallische Einschlüsse, Schlacken
Zunderschichten an der Oberfläche oder in Rissen
Schlecht reflektierende Phasen wie beispielsweise Graphit, Silicium und deren Verbindungen.

Am geätzten Schliff wird das eigentliche Gefüge untersucht.

Aufgrund der zunehmenden Anzahl von Verbundwerkstoffen, sowie dem Aufkommen neuer, weiterentwickelter Werkstoffe (Keramik/Metall-Systeme, Metall/Kunststoff-Systeme, etc.) wird mittlerweile die Bezeichnung "Materialografie" bevorzugt, da diese das gesamte Werkstoffspektrum abdeckt.

Eingesetzt wird die Metallografie/Materialografie vielfach in Qualitätssicherung und Schadensfallanalytik, sowie in Forschung und Entwicklung.