Materialanalyse
Eine Materialanalyse dient dazu, die Eigenschaften und Zusammensetzung eines Materials zu untersuchen. Sie wird in vielen Branchen und Bereichen angewendet, um Informationen über die Struktur, Zusammensetzung, Qualität und Leistungsfähigkeit eines Materials zu erhalten. Die Ergebnisse der Materialanalyse sind entscheidend, um sicherzustellen, dass Materialien für spezifische Anwendungen geeignet sind, die geforderten Standards erfüllen oder zur Optimierung von Fertigungsprozessen beitragen. Als analytische Verfahren werden die energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDX), die Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA, eng. XRF) und die Infrarotspektroskopie (IR) eingesetzt.
Wir führen als Steinbeis-Transferzentrum Materialanalysen als Dienstleistung durch und bestimmen Werkstoffe.
Wozu dient die Materialanalyse?
Die Materialanalyse dient einer Vielzahl von Zwecken in wissenschaftlichen, industriellen und technischen Bereichen. Die wichtigsten Ziele einer Materialanalyse sind:
- Bestimmung der chemischen Zusammensetzung: Um zu erkennen, aus welchen Elementen und Verbindungen ein Material besteht.
- Ermittlung der physikalischen Eigenschaften: Zum Beispiel Dichte, Härte, Elastizität, Wärmeleitfähigkeit, elektrische Leitfähigkeit und mechanische Festigkeit.
- Qualitätskontrolle: Überprüfung, ob das Material den vorgeschriebenen Qualitätsstandards entspricht, um mögliche Produktionsfehler zu vermeiden.
- Materialoptimierung: Analyse zur Verbesserung bestehender Materialien oder zur Entwicklung neuer Werkstoffe, die spezifische Anforderungen besser erfüllen können.
- Fehleranalyse: Untersuchung von Materialien, die in einem technischen Prozess oder Produkt versagt haben, um die Ursache für den Defekt zu finden (z. B. Korrosion, Risse, Materialermüdung).
- Umwelt- und Sicherheitsaspekte: Bestimmung von potenziell gefährlichen oder umweltschädlichen Stoffen, die in einem Material enthalten sein könnten.
Was bietet unser Steinbeis-Transferzentrum?
- Modernste Technologie: Wir setzen auf moderne Analysegeräte, um präzise und reproduzierbare Ergebnisse zu gewährleisten.
- Fachkompetenz: Unser Team besteht aus Expertinnen und Experten, die sich auf Materialwissenschaften und Analytik spezialisiert haben.
- Kundenzentrierter Ansatz: Jeder Auftrag ist individuell und deshalb sind unsere Analysen auf die jeweiligen kundenspezifischen Anforderungen zugeschnitten.
Dienstleistungen
- Materialanalyse (Stahl, Alu, Metalle)
- Kunststoffanalyse
- Werkstoffbestimmung
- Chemische Zusammensetzung
- Legierungsanalyse
- Partikelanalyse
- Analyse von Verunreinigungen bzw. Flecken
- Werkstoffverwechselungsprüfung (PMI Test)
- Metallographische Untersuchung
Gerne erstellen wir Ihnen ein Angebot für eine Materialanalyse.
Analysemethoden
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 Analysemethode 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.
Die EDX Analyse gehört zur Röntgenmikroanalyse und beruht darauf, dass jedes chemische Element eine charakteristische Röntgenstrahlung aussendet, wenn es angeregt wird. Die Anregung erfolgt durch den Primärelektronenstrahl des Rasterelektronenmikroskops. Dabei kommt es durch die Elektronen in der Atomhülle zur Aussendung einer Röntgenstrahlung, deren Spektrum für jedes Element charakteristisch ist. Man unterscheidet Spotanalysen (punktuell), Linienanalysen (line scans) und Flächenanalysen (Elementmapping). Mit einem Mapping wird die Verteilung der chemischen Elemente über eine Fläche ermittelt, wodurch lokale Unterschiede bestimmt werden. Durch die Anregung des Materials mittels Primärelektronenstrahl im Rasterelektronenmikroskop (REM) kann die Verteilung der chem. Elemente mit einer hohen Ortsauflösung erfolgen.
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.
Bei der RFA-Analyse handelt es sich um eine spektroskopische Technik bei der mittels einer Röntgenröhre die Probe mit Röntgenphotonen bestrahlt (Röntgenstrahlung). Aufgrund der hohen Energie der Photonen entfernen diese auf den inneren Schalen der Atome ein Elektron. Diese Lücke wird durch ein Elektron geschlossen, welches sich ursprünglich auf einer weiter außen liegenden Bahn befindet. Dadurch gibt dieses ein Röntgenphoton abgibt, die sogenannte Fluoreszenzstrahlung. Die Energie dieses Röntgenphotons ist für ein bestimmtes Element charakteristisch. Ein Detektor erfasst die Fluoreszenz und durch Verarbeitung der Signale entsteht ein Spektrum mit den Peaks der chemischen Elemente, deren proportional der Konzentration ist.
Infrarotspektroskopie (IR)
Die IR-Spektroskopie (Infrarotspektroskopie) wird zur Kunststoffanalyse und zur Analyse von Ablagerungen bzw. 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. Die IR-Spektroskopie wird häufig auch dafür eingesetzt, um filmische Verunreinigungen wie Fette, Öle, Reinigungs- und Schmiermittel auf Bauteiloberflächen nachzuweisen.
Die häufigste Variante der IR-Spektroskopie ist die Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (FTIR). Bei dieser Messmethode werden in wesentlich kürzerer Messzeit als bei dispersiven Spektrometern Interferogramme der zu untersuchenden Substanz aufgenommen, aus denen durch Fouriertransformation Infrarotspektren mit charakteristischen Peaks gewonnen werden.