Prakt. Met. Sonderband 41 (2009) 33
Phasenbestimmung in mehr-komponentigen
Aluminiumlegierungen mittels metallographischer Präparations-
und Atzmethoden
E. Schaberger-Zimmermann, A. Biihrig-Polaczek, Giesserei-Institut RWTH Aachen;
E. Breuer, U. Hecht, M. Mathes, G. Zimmermann, €.V., Aachen
1 Einführung
Aluminiumlegierungen fiir technische Anwendungen, aber auch fiir Grundlagenforschung,
werden immer komplexer. Durch Zugabe verschiedenster Elemente wird versucht, die
Materialeigenschaften zu verbessern. So entstehen beim Erstarren zwangsläufig neue Phasen.
Manche dieser Phasen sind erwünscht, da sie z.B. durch Ausscheidungshärtung die
Eigenschaften verbessern, andere sind jedoch unerwünscht, da sie zum Bauteilversagen
führen können. Deshalb ist es für die Materialanalyse wichtig, Phasen schnell und sicher zu
identifizieren.
Mit den Möglichkeiten der modernen, quantitativen Gefügeanalyse wachsen die
Anforderungen an die metallographische Präparation der Proben. Dieses gilt besonders für
mehrphasige Werkstoffe: Für die eindeutige Identifikation der Phasen im Gefüge können
adäquate Ätztechniken die zeit- und kostenintensive REM / EDX / EBSD-Analyse ersetzen.
Farbätzungen sind besonders attraktiv, wenn eine phasenspezifische Färbung erzielt werden
kann. Die lichtmikroskopischen Aufnahmen der farbgeätzen Schliffe können direkt der
bildanalytischen Auswertung zugeführt werden. Die Größenverteilung der einzelnen Phasen
kann auf diese Art und Weise in kürzester Zeit und in statistisch relevantem Umfang
bestimmt werden.
Genau diese Information ist erforderlich, um die Gefügemerkmale eines mehrphasigen
Werkstoffs zu charakterisieren. Drei Beispiele werden näher erläutert, um die Vorteile
metallographischer Ätz- und Präparationsmethoden herauszuarbeiten.
2 Phasentrennung im ternären Eutektikum
Die ternäre Legierung Al-12.8at%Cu-18.1at%Ag erstarrt eutektisch unter Bildung dreier
fester Phasen au(Al), Al,Cu und Ag,Al aus der ternären Schmelze. Damit ist dieses
Legierungssystem ein interessantes Beispiel für mehrphasig erstarrende Werkstoffe [1, 2].
Neben den Phasenanteilen sind zwei Gefügekenngrößen für das gekoppelte eutektische
Wachstum charakteristisch — der mittlere Abstand zwischen a(Al) Lamellen und der mittlere
Abstand zwischen benachbarten Ag,Al-Lamellen. Diese beiden Kenngrößen können mit Hilfe
von Erstarrungsmodellen berechnet werden.
Für die experimentelle Überprüfung der Modelle müssen diese Abstände gemessen werden.
Dazu ist es erforderlich, die 3 Phasen eindeutig zu identifizieren. Eine Möglichkeit hierzu
bieten Untersuchungen im Rasterelektronenmikroskop. Bild 1 zeigt eine REM-BSE-
Aufnahme des Gefüges, die eine Weiterbearbeitung mittels digitaler Bildanalyse erlaubt.
Diese Vorgehensweise ist sehr aufwändig. Sie erfordert eine gute, kratzerfreie Vorbereitung
der Schliffbilder und entsprechenden Messaufwand im REM. Daher wurde versucht. bereits
