Materialanalyse
Bei einer Materialanalyse werden die Eigenschaften und die Zusammensetzung eines Materials untersucht. So lässt sich unter anderem der Aufbau, die Qualität und die Eignung für bestimmte Einsätze ermitteln. Die Ergebnisse helfen dabei, die Qualität zu prüfen und sicherzustellen, dass das Material den Anforderungen entspricht.
Wir führen als Steinbeis-Transferzentrum Materialanalysen als Dienstleistung durch und bestimmen Werkstoffe.
Leistungen
- Chemische Zusammensetzung
- Werkstoffbestimmung
- Analyse von Partikeln
- Analyse Ablagerungen (Flecken)
- Gefügeuntersuchung
- Mechanische Prüfungen
- Schadensanalyse
- Oberflächenanalyse
Gerne erstellen wir Ihnen ein Angebot für eine Materialanalyse.
Wozu dient die Materialanalyse?
Die Materialanalyse bei technischen Bauteilen ist ein wesentlicher Prozess, um sicherzustellen, dass die eingesetzten Materialien den spezifischen Anforderungen und Belastungen im Einsatz gerecht werden.
- Qualitätssicherung: Durch die Analyse der chemischen Zusammensetzung und Mikrostruktur der Materialien wird überprüft, ob sie den Spezifikationen entsprechen.
- Mechanischen Eigenschaften: Ermittlung von Eigenschaften wie Härte, Festigkeit, Zähigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Wärmeleitfähigkeit, die für die Belastbarkeit des Bauteils entscheidend sind.
- Erkennung von Materialfehlern: Die Materialanalyse hilft dabei innere Risse, Einschlüsse, Poren und andere potenzielle Schwachstellen zu identifizieren, die im Betrieb zu Versagen führen könnten.
Chemische Zusammensetzung
Methoden
- Energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDX)
- Röntgen-Fluoreszenz-Analyse (RFA/XRF)
- Infrarotspektroskopie (IR)
- Spektralanalyse (OES)
Energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDX)
Die EDX-Analyse am Rasterelektronenmikroskop (REM) ist eine leistungsfähige Technik zur Bestimmung der chemischen Elemente von Werkstoffen, die in der Materialanalyse eingesetzt wird. Die EDX-Analyse (energiedispersive Röntgenspektroskopie) ist eine analytische Methode zur ortsaufgelösten Bestimmung chemischer Elemente und ihrer Konzentrationen. Diese Methode wird z. B. zur Bestimmung von Werkstoffen sowie zur Analyse von Rückständen bzw. Ablagerungen, Korrosionserscheinungen und zur Schadensanalyse im Allgemeinen eingesetzt.
Röntgen-Fluoreszenz-Analyse (RFA/XRF)
Die Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA), englisch X-RAY Fluorescence Spectroscopy (XRF), wird zur Bestimmung der Materialzusammensetzung und zur zerstörungsfreien Schichtdickenmessung eingesetzt. Die Röntgenfluoreszenzanalyse funktioniert auch bei elektrisch nicht leitenden oder temperaturempfindlichen Materialien, da keine Erwärmung der Probe stattfindet. Die Röntgenfluoreszenzanalyse ermöglicht eine schnelle und genaue Identifizierung der in einer Probe enthaltenen Elemente. Dazu gehören Metalle, Legierungen und andere Materialien, bei denen die genaue chemische Zusammensetzung wichtig ist.
Infrarotspektroskopie (IR)
Die IR-Spektroskopie (Infrarotspektroskopie) wird zur Analyse von Kunststoffen und zur Analyse von Ablagerungen oder Verunreinigungen auf Oberflächen eingesetzt. Die charakteristischen Spektren ermöglichen die Materialanalyse von Kunststoffen, Elastomeren, Fasern, Partikeln, Ölen, Fetten und anderen organischen Substanzen. Aufgrund ihrer Vielseitigkeit und der Möglichkeit, detaillierte Informationen über die molekulare Struktur von Materialien zu liefern, eignet sich die Infrarotspektroskopie für Analysen in vielen Bereichen. Häufig wird die IR-Spektroskopie auch eingesetzt, um filmische Verunreinigungen wie Fette, Öle, Reinigungs- und Schmiermittel auf Bauteiloberflächen nachzuweisen.
Gefügeuntersuchung
Die Gefüge- und Mikrostrukturanalyse dient der Untersuchung des inneren Aufbaus eines Werkstoffs, insbesondere seiner Phasen, Korngrößen und Strukturmerkmale. Sie liefert wichtige Informationen über die Eigenschaften eines Materials, da das Gefüge maßgeblich seine Festigkeit, Zähigkeit, Verformbarkeit und Beständigkeit beeinflusst.
Typische Anwendungsbereiche sind die Werkstoffidentifikation, die Kontrolle von Wärmebehandlungen, die Qualitätssicherung in der Fertigung sowie die Schadensanalyse, etwa zur Aufklärung von Rissen oder Korrosionserscheinungen. Die Analyse erfolgt meist mithilfe von Licht- oder Elektronenmikroskopie, teils ergänzt durch chemische oder röntgenbasierte Verfahren.
- Phasenstruktur
- Kornstruktur
- Einschlüsse / Poren / Risse
Mechanische Prüfungen
Mechanische Prüfungen dienen dazu, das Verhalten von Werkstoffen und Bauteilen unter mechanischer Belastung zu bewerten. Sie liefern wichtige Kennwerte für die Konstruktion, Qualitätssicherung und Fehleranalyse.
Die Zugprüfung ermittelt grundlegende mechanische Eigenschaften wie Zugfestigkeit, Streckgrenze und Bruchdehnung und zeigt, wie sich ein Material unter Zugbelastung verhält. Die Härteprüfung bewertet den Widerstand eines Werkstoffs gegen plastische Verformung. Für sehr kleine Bereiche, etwa dünne Schichten oder Mikrostrukturen, kommen Mikrohärteprüfungen oder Nanoindentation zum Einsatz, um lokale Unterschiede in der Materialhärte zu erfassen. Die Dichtebestimmung dient der Kontrolle auf Hohlräume oder Inhomogenitäten und ist besonders im Leichtbau relevant. Mit Verschleißprüfungen wird das Verhalten eines Werkstoffs bei Reibung und Materialabtrag unter Belastung untersucht. Ergänzend dazu misst die Reibwertmessung den Gleit- oder Haftreibwert zwischen Kontaktflächen, was z. B. für tribologische Anwendungen wichtig ist. Die Schraubenreibwertprüfung ist eine spezielle Methode zur Bestimmung des Reibverhaltens in Schraubverbindungen. Sie ist entscheidend für das korrekte Anzugsdrehmoment und die sichere Kraftübertragung in der Verbindung.
- Zugprüfung
- Härteprüfung
- Mikrohärteprüfung
- Nanoindentation
- Dichtebestimmung
- Verschleißprüfung
- Reibwertmessung
- Schraubenreibwertprüfung
Schadensanalyse
Die Schadensanalyse von Bauteilen dient der systematischen Aufklärung, warum ein Bauteil im Betrieb versagt hat. Ziel ist es, die Versagensursache eindeutig zu identifizieren, um ähnliche Schäden künftig zu vermeiden, die Sicherheit zu erhöhen und die Konstruktion oder den Fertigungsprozess gezielt zu verbessern. Die Schadensanalyse kombiniert verschiedene Methoden – von der visuellen Inspektion über metallographische Untersuchungen bis hin zu chemischen, mechanischen und zerstörungsfreien Prüfverfahren.
Ein zentrales Instrument ist die Bruchflächenanalyse (Fraktographie). Dabei wird die Bruchfläche unter dem Licht- oder Elektronenmikroskop untersucht, um charakteristische Merkmale des Bruchvorgangs zu erkennen – etwa Anzeichen für Sprödbruch, Ermüdungsrisse oder duktiles Versagen. Darüber hinaus werden Versagensursachen wie Ermüdung, Korrosion, Überlastung, Werkstofffehler oder Herstellungsfehler untersucht. Typische Fragen sind dabei: War das Bauteil korrekt dimensioniert? Gab es Materialschwächen, Risse, Lunker oder unzulässige Spannungen? Wurde es falsch belastet, montiert oder unzureichend gewartet?
- Bruchflächenanalyse (Fraktographie)
- Untersuchung von Versagensursachen (z. B. Ermüdung, Korrosion, Materialfehler)