Forschungsbereich

Oberflächentechnik

Metallographische Methoden

Metallographische Querschliffe eignen sich hervorragend um Schichten und Schichtsysteme zu charakterisieren. Mit diesem zerstörenden Analyseverfahren können bei uns im Haus Ein- und Mehrschichtsysteme hinsichtlich der Schichtdicken, der Haftung der Schichten, der Porosität und Fehlern in den Schichten beurteilt werden.

Ein weiteres Anwendungsgebiet der metallographischen Querschliffe ist die Gefügeanalyse. Dabei können von der klassischen Gefügeuntersuchung, über die Bestimmung des Füllgrades, bis hin zur Mikrohärte wertvolle Informationen gewonnen werden.

Zur Herstellung metallographischer Präparate verfügt Innovent über eine moderne technische Ausstattung. Angefangen bei der Probenahme, über Kalt- und Warmeinbettverfahren mit verschiedenen Harzen und die entsprechenden Schleif- und Polierschritte können metallographische Präparate hergestellt und ausgewertet werden.

Die Charakterisierung erfolgt an einem inversen Auflichtmikroskop "Axiovert 25C" der Firma Carl Zeiss Jena GmbH. Für die lichtmikroskopischen Untersuchungen können die Kontrastverfahren Hellfeld, Dunkelfeld und Interferenzkontrast (DIC) im inversen Auflicht bis 1000-facher Vergrößerung angewendet werden.

So können z. B. folgende Aufgabenstellungen bearbeitet werden:        

  • Klassische Gefügeuntersuchungen
  • Schichtdickenbestimmung im Querschliff bis minimal 2 µm Schichtdicke
  • Mikrohärteprüfung µ-HV (F ≤ 1N) an Schichten und Gefügebestandteilen
  • Untersuchung von faserverstärkten Werkstoffen (Bestimmung Faserorientierung, Faservolumen, Bindungsverhalten zur Matrix)
  • Bestimmung des Füllgrades von verstärkten Kunststoffen

 

 

Elektrochemische Methoden

Viele Anwendungsgebiete erheben besondere Anforderungen an Werkstoffe und ihre Oberflächen vor allem im Bereich Korrosion und Korrosionsschutz. Neben den klassischen Prüfmethoden zur Korrosionsbeständigkeit verfügt INNOVENT daher über Möglichkeiten der elektrochemischen Bestimmung von Korrosionsmechanismen sowie der elektrochemischen Messung von Korrosionsraten.

Im Allgemeinen wird als Korrosion die Auflösung oder Umwandlung einer meist metallischen Oberfläche oder eines metallischen Werkstoffes bezeichnet. Dabei steht das korrodierende Bauteil mit einer leitfähigen Flüssigkeit (Elektrolyt) aus der Umgebung, oft wässriger Natur, in Verbindung und führt so zur Ausbildung eines sogenannten Korrosionselementes. In diesem laufen verschiedenste Redoxreaktionen ab, die zu einem Stromkreis, bestehend aus Ionenströmen im Elektrolyten und Elektronenströmen im Werkstoff, führen.

 

Stromdichte-Potential-Kurven

Mit Hilfe elektrochemischer Messmethoden können auftretende Elektronenströme erfasst und ausgewertet werden. Dazu werden die zu untersuchenden Metalle und deren Legierungen in einer elektrochemischen Messzelle mit einem entsprechenden Elektrolyten in Kontakt gebracht und die verschiedenen Korrosionsvorgänge durch Anlegen eines Potentials (potentiostatisch) oder eines Stromes (galvanostatisch) simuliert und beschleunigt. Der so erhaltene Zusammenhang zwischen Spannung und Stromstärke bzw. Stromdichte wird als Stromdichte-Potential-Kurve bezeichnet. In Abhängigkeit der gewählten Parameter (Art der Metalle, pH-Wert, Art und Konzentration des Elektrolyten und Temperatur) weisen solche Messungen einen charakteristischen Kurvenverlauf auf und geben Aufschluss über vorliegende Korrosionsmechanismen. Durch eine sich anschließende numerische Auswertung der Versuche werden Daten über Ruhe- und Passivierungspotentiale, Korrosionserscheinungen wie Lochfraß, Korrosionsströme und –raten sowie Polarisationswiderstände erhalten.

Die Ausstattung bei INNOVENT mit verschiedensten Potentiostaten und Galvanostaten, sowie diversen Messzellen erlaubt zahlreiche Untersuchungen interessanter Metall-Elektrolyt-Kombinationen und ermöglicht so eine Abschätzung über Lebensdauer und Korrosionsneigungen oder dient der Qualitätskontrolle kundenspezifischer Systeme.

 

Elektrochemische Impedanzspektroskopie EIS

Zur Analyse von Materialeigenschaften sowie zur Charakterisierung von Oberflächen und deren Beschichtungen ist besonders die elektrochemische Impedanzspektroskopie geeignet. Diese Methode beruht auf der Bestimmung des Wechselstromwiderstandes eines elektrochemischen Systems bestehend aus der zu untersuchenden Probe und einem leitfähigen Elektrolyten. Nach dem Anlegen einer frequenzabhängigen Wechselspannung, wahlweise auch eines Wechselstroms, an das entsprechende Bauteil werden die Phasen- und Amplitudenverschiebungen der jeweiligen Stromantwort (ww. Potential) gemessen und grafisch dargestellt. Die Auswertung kann anschließend über eine Interpretation der verschiedenen Diagramme (Bode, Nyquist) sowie durch Erstellen und Fitten eines theoretischen Ersatzschaltbildes zur Abbildung möglicher chemischer und physikalischer Prozesse erfolgen.

Bei der Impedanzspektroskopie handelt es sich um ein besonders sensibles Messverfahren, das durch die Wahl der Untersuchungsparameter zerstörungsfrei betrieben werden kann. Es wird daher in vielfältigen Anwendungsbereichen eingesetzt. Bei INNOVENT von Bedeutung sind vor allem die Erforschung organischer (Lacke, Farben, Polymere) und anorganischer Beschichtungen (Passiv- und oxidische Schichten) auf ihre Qualität und ihr Vermögen vor Korrosion zu schützen (Quellvermögen, Haftung, Delamination und Defektfreiheit von Schichten und Schichtsystemen). Weitere interessante Themengebiete sind die Batterie- und Brennstoffzellenforschung, Photovoltaik sowie biologische Systeme auf Oberflächen.

Jürgen Schmidt

Oberflächentechnik
Abteilungsleiter
Elektrochemie

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