Die metallographischen Herausforderungen bei der Präparation von Aluminium und Aluminiumlegierungen sind sehr unterschiedlich und hängen von der Reinheit des Metalls ab. Hier erfahren Sie, wie Sie die verschiedensten Aluminiumprodukte für die metallographische Untersuchung schnell und effektiv präparieren.
Hier finden Sie die vollständige Application Note
Abb. 1: Aluminiumlegierung 2024, gegossen, eutektische Ausscheidungen an Korngrenzen, nicht geätzt, 200x
Abb. 2: Wie Abb. 1, homogenisiert, nicht geätzt, 200x
Abb. 3: Wie Abb. 2, warm gewalzt, nicht geätzt, 200x
Aluminiumgusslegierungen
Aluminiumguss wird in erster Linie legiert, um die mechanischen Eigenschaften des Metalls zu verbessern. Die Unterscheidung erfolgt anhand der Hauptlegierungselemente, Silizium, Magnesium und Kupfer. Wenn ein Legierungselement übersättigt in der festen Lösung vorliegt, wird es entweder als reines Metall ausgeschieden, wie Silizium, oder als eine eutektische oder intermetallische Phase.
Silizium verbessert die Gießbarkeit von Aluminium. In eutektischen Legierungen, wie AlSi12, werden vor dem Gießen geringe Natriummengen zugesetzt, um das eutektische Gemisch zu verfeinern. Durch diese „Veredelung“ scheidet sich das Silizium nicht in groben Platten und Nadeln aus (Abb. 4), sondern bildet mit dem α-Mischkristall ein feines Eutektikum (Abb. 5). Bei diesen Legierungen ist die Aushärtungswirkung sehr gering, weshalb man Magnesium zulegiert, um sie aushärtbar zu machen.
Gusslegierungen mit bestimmten Eigenschaften werden für verschiedene Produktgruppen verwendet, wie für die Herstellung von Kolben, Gleitlagern, Teilen für den Maschinenbau, Zylinderköpfe und Bremsbacken.
| Einige der wichtigsten Gusslegierungen und deren Eigenschaften | |
| AlSi10Mg | Aushärtbar. Vibrations- und korrosionsbeständig |
| AlSi5Cu1 | Aushärtbar. gut gieß- und schweißbar, für dünnwandige Gussstücke |
| AlMg3 | Salzwasserbeständig |
| AlSi25+ CuNi | Aushärtbar. Speziallegierung für Kolben; aufgrund des hohen Si-Gehalts verschleißbeständig |
| AlMgSiPb | Geeignet für die spanende Bearbeitung |
| AlSi9Cu3 | Gießbare universale Legierung und wichtigste Legierung für Druckguss |
Abb. 4: Aluminium-Silizium-Guss, nicht veredelt, 500x
Abb. 5: Aluminium-Silizium-Guss, veredelt, 500x
Die Metallographie von Aluminium wird für die Korngrößenbestimmung in der Qualitätskontrolle und zum Nachweisen von Gefügefehlern an polierten und geätzten Proben eingesetzt. Außerdem werden Proben häufig auf Verunreinigungen wie Oxide und Zirkonaluminide geprüft.
Bei Aluminiumgusslegierungen werden die Phasenausbildung und Verteilungsowie Porosität beurteilt. Bei Knetlegierungen werden Proben auch auf Materialfehler durch den Walz- oder Pressvorgang untersucht und Plattierungsschichtdicken gemessen.
Abb. 6: Oxid auf der Oberfläche eines Aluminiumdruckgussteils, 50x
| Überblick über metallographische Herausforderungen und Lösungen | |
| Herausforderung: | Lösung: |
| Reinaluminium ist sehr weich und neigt deswegen zu mechanischer Verformung und Kratzern. | Planschleifen mit SiC-Folie oder -Papier mit der feinstmöglichen Körnung |
| Siliziumkarbid und Diamantpartikel können in die Probenfläche eingedrückt werden. | Die Dauer des Diamantpolierens und/oder Endpolierens muss ausreichen, um alle eingebetteten Partikel zu entfernen. |
| Bei stark verformten Knetlegierungen lässt sich ein Kontrast nur unter Schwierigkeiten erreichen, was die Bewertung des Gefüges erschwert. | - Endpolieren mit kolloidaler Kieselsäuresuspension - Anodisieren mit Barker-Reagenz |
Nachstehend finden Sie eine ausführliche Beschreibung einer Methode zum schnellen, genauen Präparieren von Aluminium und Aluminiumlegierungen für die metallographische Analyse.
Abb. 7: Eingebettete Diamantpartikel in Reinaluminium nach Polieren mit 3 μm, 200x
* Alternative: MD-Dac
* Um grobe Kratzer zu vermeiden, kann SiC-Folie oder -Papier vor dem Schleifen mit Wachs abgerieben werden.
** Alternative: MD-Dac
* Um Kratzer zu vermeiden, kann SiC-Folie oder -Papier vor dem Schleifen mit Wachs abgerieben werden.'
Abb. 9: Aluminium-Silizium-Gussteil nach dem Diamantpolieren, 3 μm, geringfügige Kratzer sind noch sichtbar, 200x
Abb. 10: Gefüge wie in Abb. 9, aber endpoliert mit OP-U Suspension. Die Matrix ist gut poliert, das Eutektikum hat mehr Kontrast, 200x
Abb. 11: Aluminium-Silizium-Guss nach zu langem Polieren mit OP-S Suspension, Siliziumausscheidungen als Relief, 100x
Durch Anodisieren der Probe nach dem Polieren mit Barker-Reagenz wird ein Farbkontrast erreicht, der für eine präzise Korngrößenbestimmung besonders hilfreich ist. Der Farbeffekt wird durch polarisiertes Licht mit einem λ/4-Plättchen erzielt.
Abb. 12: Plattiertes Blech, anodisiert, Kornbereiche deutlich sichtbar und für die automatische Bildanalyse geeignet, polarisiertes Licht mit λ/4-Plättchen, 100x
Abb. 13: Aluminiumpressling, Makroätzung, primäre und heterogene Ausscheidungen erkennbar
Bei der Arbeit mit Chemikalien sind die üblichen Sicherheitshinweise zu beachten.
| Makroätzung | |
| Für Reinaluminium | 90 ml Wasser |
| 15 ml Salzsäure | |
| 10 ml Flusssäure | |
| Tiefenätzung zum Nachweis des dendritischen Gefüges im Primärguss | |
| 100 ml Wasser | |
| 10–25 g Natriumhydroxid | |
| Mikroätzung | |
| Flick-Reagenz: Korngrenzenätzung bei den meisten Aluminiumsorten und Aluminiumlegierungen | |
| 90–100 ml Wasser | |
| 0,1–10 ml Flusssäure | |
| Dix- und Keller-Reagenz: Kornflächenätzung bei Aluminiumlegierungen mit Kupfer, auch geeignet für Reinaluminium | |
| 190 ml Wasser | |
| 5 ml Salpetersäure | |
| 10 ml Salzsäure | |
| 2 ml Flusssäure | |
| Farb-Ätzmittel: | Molybdänsäurelösung nach Klemm oder Weck |
Abb. 15: Experimentelle Aluminiumlegierung mit 6 % Si und 10 % Cu, nicht geätzt
Abb. 16: Wie Abb. 15, aber 30 Sekunden lang mit 1 g Molybdänsäure in 200 ml Wasser + 6 g Ammoniumchlorid geätzt. Silizium erscheint dunkelblau und lässt sich von dem gräulichen CuAl2 unterscheiden
Alle Bilder von Xiuping Jiang, Applikations- und Labormanager, China
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