Im Bereich Werkstoffcharakterisierung werden folgende Geräte eingesetzt:
Röntgendiffraktomtrie (X-Ray-Diffraction, XRD) beruht auf der Beugung hoch energetischer Strahlung am Kristallgitter. Der regelmäßige Aufbau des Kristalls wirkt dabei als Beugungsgitter für die Röntgenstrahlung. Die auftretenden Beugungserscheinungen (Beugungsreflexe) enthalten Informationen über die atomare Anordnung des Kristalls. Mit diesen Informationen können Aussagen über in Werkstoffen enthaltenen Phasen gemacht werden. Zusätzlich sind Röntgenbeugungsexperimente mit einer Heizkammer (bis zu 1200°C) möglich.
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Anwendungen
Das Hochtemperatur Dynamische Differenz-Kalorimeter (Differential Scanning Calorimetry, DSC) LINSEIS HDSC PT 1600 Messgerät der Firma Linseis Messgeräte GmbH kann genutzt werden, um sowohl DSC- wie auch DTA-Untersuchungen (Differenz-Thermoanalysen) durchzuführen. Mittels einer DTA kann über den Vergleich zu einer Referenzprobe die aufgenommene oder abgegebene Wärmemenge bestimmt werden, welche sich beispielsweise bei Phasenübergängen in der Probe ändert. Bei einer DSC wird zudem aus der Temperaturdifferenz auf einen Wärmestrom als Messgröße geschlossen, wodurch sich kalorische Größen (Wärmekapazität) messen lassen.
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Anwendungen
Mithilfe des LaserFlashs LFA 1000 kann die Temperaturleitfähigkeit von Proben im Temperaturbereich von -100°C bis 1000°C gemessen werden. Bei der LaserFlash-Methode wird eine Probenseite mittels eines Lasers erwärmt. Die Temperatur der Probe wird auf der Gegenseite der Probe kontaktlos gemessen, sodass ein von der Temperaturleitfähigkeit abhängiges Zeit-Temperatur-Profil entsteht.
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Anwendungen
Das vertikale Dilatometer L75V-PT der Firma Linseis Messgeräte GmbH kann genutzt werden, um das temperaturabhängige Ausdehnungsverhalten verschiedener Werkstoffe zu messen. Die Besonderheit dieses Dilatometers besteht aufgrund seines vertikalen Aufbaus darin, dass sowohl fest wie auch flüssig und pulverförmig vorliegende Werkstoffe untersucht werden können. Somit ist es möglich, neben der für Dilatometer typischen Anwendung zur Bestimmung der Umwandlungstemperaturen auch beispielsweise Schrumpfungsvorgänge bei einem Sinterprozess zu bestimmen. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, austretende Gase durch eine Restgasanalyse während der Messung zu untersuchen. Das Erhitzen der Probe erfolgt mittels eingebauter Ofenkammer.
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Anwendungen
Der iMicro von Nanomechanics Inc. ist ein Gerät zur instrumentierten Eindringprüfung in einem weiten Rahmen von Lasten bis zu 1000 mN. Erlaubt neben der Ermittlung der Härte von einzelnen mikrostrukturellen Phasen oder der Erstellung von fein aufgelösten Härteverläufen oder Mappings auch eine Bestimmung des E-Moduls. Durch die Methode von Oliver und Pharr, bei der die Indenterspitze während des Eindringens schwingt, kann die Entlastungssteifigkeit über die gesamte Eindringtiefe ermittelt werden. Dadurch wird eine eindringtiefenabhängige Härte- und E-Modulbestimmung ermöglicht. Es sind verschiedene Indenterspitzen verfügbar, darunter Berkovich-, Würfel- oder Kugelspitzen. Durch die vergleichsweise hohe aufbringbare Last können mit dem iMicro gezielt Risse durch das Eindringen der Indenterspitze in spröden Materialien wie Hartphasen oder Keramiken erzeugt werden, mit deren Hilfe über eine nachfolgende Bildanalyse die Bruchzähigkeit einzelner Phasen bestimmt werden kann. Die Auswahl der zu indentierenden Positionen erfolgt durch ein im iMicro integriertes Lichtmikroskop.
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Akusator:
Controller:
Anwendungen
Der Elementaranalysator ELTRA CS 800 ermöglicht die Bestimmung von Kohlenstoff- und Schwefelgehalt von anorganischen Proben. Die Proben werden in Keramiktiegeln unter einem Sauerstoffstrom verbrannt (Trägergasheißextraktion). Über die Analyse der Verbrennungsgase CO2 und SO2 in Infrarotmesszellen werden die Kohlenstoff- und Schwefelgehalte der Proben ermittelt. Der Messbereich reicht von einigen ppm bis zu mehreren %. Dazu können gleichzeitig mehrere Messkanäle auf verschiedene Messbereiche kalibriert werden, um die Präzision der Analyse zu erhöhen. Aufgrund der Verbrennung werden die zu analysierenden Proben zerstört. Die Masse der Proben sollte für die Analyse in einem Bereich um 0,5 g liegen.
Technische Spezifikationen
Anwendungen
Das stationäre Abschreck- und Umformdilatometer DIL805 V10.2 der Firma TA Instrument dient zur Bestimmung von Phasenumwandlung bei definierten Wärmebehandlungen. Das Dilatometer kann in zwei Modulen (Abschreck und Umform) betrieben werden.
Abschreckdilatometer
Hier wird eine metallische Voll- oder Hohlprobe induktiv unter Vakuum, Schutzgas oder in Umgebungsatmosphäre auf ein definiertes Temperaturniveau und mit definierter Aufheizgeschwindigkeit und anschließend mit verschiedenen (linearen oder exponentiellen) Geschwindigkeiten durch einen Gasstrom kontinuierlich abgekühlt. Phasenumwandlung der Legierung während der Wärmebehandlung sind durch sprunghafte Lagen-Änderungen ersichtlich. Durch eine Vielzahl von Aufheiz- und Abkühlgeschwindigkeiten können Zeit-Temperatur-Austenitisierungs (ZTA) sowie Zeit-Temperatur-Umwandlungsschaubilder (ZTU) für den untersuchten Werkstoff erstellt werden.
Umformdilatometer
Hier wird eine Vollprobe bei einer beliebigen Temperatur mit unterschiedlichen Umformgeschwindigkeiten und Umformkräften sowie frei wählbaren Zwischenschritten gestaucht. Hiermit lassen sich Schmieder- oder Walzvorgänge von Werkstoffen praxisnah simulieren. Anschließend kann wie beim Abschreckdilatometer ein Abkühlprozess zur Ermittlung eines Zeit-Temperatur-Schaubilds nach einer Umformung (UZTU) durchgeführt werden.
Weitere Anwendungen sind die Untersuchung von Kriech- und Relaxationsvorgängen bei hohen Temperaturen.
Technische Spezifikationen
Abschreckdilatometer
Umformdilatometer
Anwendungen
Das mobile Röntgendiffraktometer (XRD: X-Ray Diffraction) Pulstec µ-X360n basiert auf der Beugung von Röntgenstrahlung an den Netzebenenscharen im dreidimensionalen periodischen Gittern von Kristallen. Jede Netzebenschar erzeugt unter bestimmten Voraussetzungen (Wellenlänge der Röntgenstrahlung, Netzebenabstand) konstruktive Interferenz und bewirkt einen Beugungskegel, den sogenannten Debye-Scherrer-Ring. Unter Anwendung der cos α-Methode kann aus der Detektion dieses Debye-Scherrer-Rings auf die Dehnung im Bauteil geschlossen und bei bekanntem E-Modul die vorliegenden (Eigen-) Spannungen berechnet werden.
Zusätzlich ist es durch Anpassung des Messwinkels möglich, einen Debye Scherrer Ring der austenitischen Phase zu detektieren. Anschließend kann eine vollautomatische Messung des Restaustenitsgehalt, über Auswertung von Reflexintensitätverhältnissen, durchgeführt werden.
Technische Spezifikationen
Anwendungen
Das mobile Feritscope MP30 wird zur Bestimmung des Ferrit- und Verformungsmartensitsgehalt in austenitischen Legierungen verwendet.
Bei dieser schnellen und zerstörungsfreien Messmethode wird durch eine Eisenkernsonde mit einem niederfrequenten Wechselstrom ein magnetisches Wechselfeld erzeugt. Dieses magnetische Wechselfeld wird durch magnetische Anteile (Ferrit, Delta-Ferrit, Verformungsmartensit etc.) im Stahl verstärkt, welches als Spannung detektiert wird. Mithilfe dieser Wechselwirkung zwischen dem generierten Wechselfeld und den magnetischen Anteilen, in der sonst nicht magnetischen austenitischen Legierung, lässt sich der magnetische Anteil in Vol.-% bestimmen.
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Anwendungen
Das stationäre Optische Emissionsspektrometer (OES) OBLF-QSG750 wird zur Bestimmung der vollständigen chemischen Analyse von metallischen Legierungen verwendet.
Bei dieser Methode wird durch eine Funkenentladung Probenmaterial von der zu analysierenden Legierung verdampft und die so freigesetzten Atome und Ionen zur Emission von Strahlung angeregt. Das gesamte Emissionsspektrum wird anschließend in einzelne, elementspezifische Spektren aufgeteilt und ausgewertet.
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Das Glimmentladungsspektrometer ist ein Analysegerät für die quantitative und qualitative Bestimmung des Gehaltes an metallischen und nichtmetallischen Elementen einer festen Probe. Durch die stabile Glimmentladungsquelle können sowohl Tiefenprofilanalysen als auch Bulkanalysen von Proben durchgeführt werden. Bei der Analyse wird die Probe zerstäubt und die abgesputterten Atome senden Licht von der Anregungsquelle her aus. Dieses Licht wird in seine Spektralanteile zerlegt. Die für die einzelnen Legierungselemente spezifischen Spektrallinien werden von CCD-Sensoren registriert und ausgewertet.
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Anwendungen
Zur Untersuchung der Korrosionseigenschaften stehen zwei Drei-Elektroden-Korrosionsmesszellen zur Verfügung. In Ersterer werden Messungen in verdünnter Schwefelsäure, in zweiterer in 0,9% NaCl Lösung durchgeführt. Zusätzlich besteht die Möglichkeit die Elektrolyte mit einem Gas zu spülen oder zu erwärmen. Die durchgeführten Messungen dienen der Charakterisierung unterschiedlicher Korrosionseigenschaften. Unter anderem können Ruhe- (OCP) und Durchbruchspotentialmessungen (Break-Through-Potential), Tafelmessungen als auch elektrochemische Impedanzspektroskopien durchgeführt werden. Die Daten werden über einen Potentiostat aufgezeichnet und können im Nachhinein am Computer aufbereitet und ausgewertet werden.
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Der Versuchsaufbau ist auf einer Open Platform aufgebaut, welche über einen in x-, y- und z-Richtung verfahrbaren Kreuztisch, ein Lichtmikroskop, einen Nanoritzer und ein Rasterkraftmikroskop (AFM) verfügt.
Über das Lichtmikroskop kann die genaue Position gewählt werden, an welche anschließend mittels des Nanoritzers eine Probe von einer - meist kegelförmigen - Diamantspitze geritzt wird. Dazu wird die Spitze über einen Doppelbiegebalken mit einer definierten Kraft auf die Probe gedrückt, wobei permanent die Normalkraft, Querkraft (Reibkraft) und die Eindringtiefe gemessen wird. Ritzversuche können mit unterschiedlichen Parametern sowie Indentern gefahren werden. So kann die Last konstant gehalten oder linear sowie stufenweise ansteigen. Ein Pre-Scan mit geringer Last kann vor dem eigentlichen Ritzen die Oberflächentopologie abtasten. Mithilfe eines Post-Scans können bleibende und reversible Oberflächenveränderungen unterschieden werden.
Das Rasterkraftmikroskop (AFM nach engl. Atomic Force Microscope) bietet die Möglichkeit, Oberflächen mit sehr hoher Auflösung abzubilden. Dabei wird die Oberflächentopologie in x-, y- und z-Richtung vermessen. Das Ergebnis sind präzise Koordinaten der Topologie in alle drei Raumrichtungen, welche sich mit geeigneter Software auf verschiedene Weisen auswerten lassen.
Technische Spezifikationen
Lichtmikroskop:
Nanoritzer:
AFM:
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