Metallographisches Ätzen ist eine chemische Technik, mit der Merkmale von Metallen auf mikroskopischer Ebene hervorgehoben werden. Durch das Studium der Charakter, Menge und Verteilung dieser verschiedenen Merkmale können Metallurgen die physikalischen Eigenschaften und Leistungsfehler einer bestimmten Metallprobe vorhersagen und erklären.
Wie das Ätzen Probleme in Metallen aufdeckt
Die meisten metallurgischen Merkmale sind mikroskopisch groß; Sie können ohne optische Vergrößerung von mindestens 50x und bis zu 1000x bei Verwendung von Lichtmikroskopen nicht gesehen oder analysiert werden.
Um solche Merkmale zu analysieren, muss eine Metallprobe auf ein sehr feines spiegelartiges Finish poliert werden. Leider sieht eine so fein polierte Oberfläche unter dem Mikroskop wie ein einfaches weißes Feld aus.
Um einen Kontrast zwischen den Elementen der Mikrostruktur des Metalls zu erzeugen, werden chemische Lösungen verwendet, die als Ätzmittel bekannt sind. Ätzmittel korrodieren selektiv einige dieser Elemente, die sich als dunklere Bereiche zeigen. Dies ist möglich, weil Unterschiede in der Zusammensetzung, Struktur oder Phase eines Metalls den Verwandten verändern
Korrosionsraten wenn sie einem Ätzmittel ausgesetzt werden.Ätzmittel werden verwendet, um Folgendes freizulegen:
- die Form und Größe der Korngrenzen (Defekte in der Kristallstruktur)
- Metallphasen (verschiedene Metallarten in einer Legierung)
- Einschlüsse (winzige Mengen nichtmetallischen Materials)
- die Integrität von Lötpunkten, insbesondere in elektronischen Produkten
- Risse und andere Probleme bei Schweißnähten
- Gleichmäßigkeit, Qualität und Dicke der Beschichtungsmaterialien
Arten des metallografischen Ätzens
Laut der Website Metalographic.com ist "Ätzen ein Prozess zum Aufdecken der Struktur des Materials. Zu den gängigen Ätztechniken gehören:
- Chemisch
- Elektrolytisch
- Thermal
- Plasma
- Geschmolzenes Salz
- Magnetisch
Die beiden häufigsten Techniken sind chemisches und elektrochemisches Ätzen. Das chemische Ätzen ist typischerweise eine Kombination entweder einer Säure oder einer Base mit einem Oxidations- oder Reduktionsmittel in einem gelösten Stoff wie einem Alkohol. Elektrochemisches Ätzen ist eine Kombination aus chemischem Ätzen mit einer elektrischen Spannung / einem elektrischen Strom. "
Wie Ätzen verwendet wird, um Metallversagen zu verhindern
Metallurgen sind Wissenschaftler, die sich auf die Struktur und Chemie von Metallen spezialisiert haben. Wenn Metalle versagen (z. B. wenn eine Struktur zusammenbricht), ist es wichtig, die Gründe zu verstehen. Metallurgen untersuchen Metallproben, um die Fehlerursachen zu ermitteln.
Es gibt über ein Dutzend verschiedene Ätzlösungen, die aus Komponenten wie Ammoniak, Wasserstoffperoxid und Salzsäure bestehen. Verschiedene Lösungen sind nützlich, um verschiedene Metalle zu ätzen. Beispielsweise wird ASTM 30, bestehend aus Ammoniak, Wasserstoffperoxid (3%) und DI-Wasser, zum Ätzen von Kupfer verwendet. Keller's Etch, das aus destilliertem Wasser, Salpetersäure, Salzsäure und Flusssäure besteht, eignet sich am besten zum Ätzen von Aluminium- und Titanlegierungen.
Durch Ätzen mit verschiedenen Chemikalien können Metallurgen eine Vielzahl möglicher Probleme in Metallproben aufdecken. Beim Ätzen können winzige Risse, Poren oder Einschlüsse in Metallproben sichtbar werden. Die durch Ätzen bereitgestellten Informationen ermöglichen es Metallurgen, herauszufinden, warum das Metall versagt hat. Sobald ein bestimmtes Problem identifiziert wurde, ist es möglich, dasselbe Problem in Zukunft zu vermeiden.