Lichtmikroskopie - Metallurgische Analyse

Die Lichtmikroskopie dient bei Bauteiluntersuchungen dazu, mikroskopische Strukturen und Eigenschaften von Materialien und Bauteilen sichtbar zu machen und zu analysieren. Sie spielt besonders in der Materialwissenschaft und Qualitätssicherung eine wichtige Rolle.

• Ein wichtiger Bereich ist die Oberflächenanalyse. Mit der Lichtmikroskopie können Risse, Kratzer, Korrosion oder Verschleiß erkannt werden. So lässt sich die Qualität und Integrität eines Bauteils beurteilen.
• Außerdem ermöglicht sie Gefügeuntersuchungen zur Bewertung der Mikrostruktur eines Materials. Dabei können zum Beispiel Körner, Phasen, Einschlüsse oder Poren sichtbar gemacht werden. Diese Merkmale beeinflussen die Eigenschaften und Belastbarkeit eines Bauteils.
• Auch Schichtdicken von Lacken, Beschichtungen oder Korrosionsschutzschichten können gemessen werden.
• Die Lichtmikroskopie dient bei der Bruchflächenanalyse der Untersuchung charakteristischer Bruchmerkmale. Anhand der Bruchmorphologie lassen sich der Bruchursprung, die Bruchart und der Versagensmechanismus bestimmen sowie Einflüsse wie Materialfehler, Fertigungs- und Wärmebehandlungsfehler, Korrosion, Verschleiß, Ermüdung oder unzulässige Betriebsbeanspruchungen als Schadensursache identifizieren.
• In der Qualitätskontrolle werden Bauteile regelmäßig untersucht, um Mikrorisse oder andere Defekte frühzeitig zu erkennen. Auch Schweißnähte können überprüft werden, um Fehler wie Risse oder Porositäten festzustellen.
• Die Lichtmikroskopie wird in der geometrischen Bauteilvermessung eingesetzt, um sehr kleine Strukturen, Konturen und Oberflächenmerkmale optisch vergrößert und präzise zu erfassen. Sie ermöglicht die berührungslose Messung von Mikrogeometrien, die mit bloßem Auge oder mit konventionellen Messmitteln nicht ausreichend erkennbar sind.

Für lichtmikroskopische Bildaufnahmen und zur Erstellung tiefenscharfer Farbaufnahmen werden das Stereomikroskop, das Digitalmikroskop oder das Auflichtmikroskop eingesetzt. Das Stereomikroskop wird aufgrund des schrägen Betrachtungswinkels insbesondere für aufgeraute Strukturen, wie beispielsweise bei der Analyse von Verschleißstellen benutzt. Mit dem Digitalmikroskop werden große Bereiche dreidimensional durch Möglichkeit der Bildzusammensetzung (Stitching) mit Vergrößerungen bis 2500x untersucht.

Die Metallografie ist ein Verfahren zur qualitativen und quantitativen Analyse des Gefüges metallischer Werkstoffe unter Verwendung mikroskopischer Techniken. Zu diesem Zweck werden Schliffe von metallischen Proben hergestellt und anschließend geätzt. Mithilfe von Lichtmikroskopie (LiMi) oder Rasterelektronenmikroskopie (REM) werden an diesen die Gefügestrukturen untersucht und Merkmale wie Phasenanteile, Korngrößen, Partikelgrößen und Ausscheidungen bestimmt.

Gefüge Aluminium nach Farbätzung

Für die mikroskopische Schichtdickenmessung im Querschliff wird die Probe an der zu messenden Stelle mit einem Präzisionsschleifer präzise getrennt. Anschließend wird die Querschnittsfläche geschliffen und je nach Schichtdicke auch poliert. Danach wird die Querschnittsfläche der Beschichtung mit einem Auflichtmikroskop analysiert, um die Schichtdicke(n) zu bestimmen.

Schichtdickenmessung im Querschliff

Das Ziel der Schadensanalyse besteht darin, die Ursachen für das Versagen von Bauteilen zu ermitteln. Dazu werden verschiedene Analysetechniken eingesetzt, um den Schadensfall zu untersuchen und die primäre Schadensursache zu ermitteln. Diese wird auch als Initialursache bezeichnet. Sie führt häufig zu weiteren Schäden, die jeweils nur Folgeschäden darstellen.

Zur ersten Untersuchung der Bauteile eines Schadensfalls sowie zur Dokumentation werden Lichtmikroskope, wie Stereo- und Digitalmikroskope, eingesetzt.

Lichtmikroskopische Schadensanalyse