Chemische Analyse

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Kathrin Schmidt

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Chemische Analysen

DVS-TV hat in einem Beitrag über die Chemischen Analysen am ISF berichtet.

 

Rasterelektronenmikroskopie – REM & EDX

Feldemissionsmikroskop mit Arbeitsplatz ISF Aachen

Das Feldemissionsmikroskop bedient ein sehr weites Aufgabenfeld in der Analytik des Instituts.

Die Kombination von bildgebenden Verfahren und ortsaufgelöster Elementaranalytik kann direkt genutzt werden, um beispielsweise Schweißnähte zu bewerten in Hinsicht auf Aufmischungsgrad, Intermetallische Phasenbildung, Lunker und Heißrissneigung sowie z.B. Porencharakterisierung.

Zudem wird das Mikroskop eingesetzt um Erkenntnisse im Rahmen der Fehler- und Schadensanalytik zu Gewinnen. Das REM dient hier z.B. als zentrales Werkzeug um den Bruchtyp zu charakterisieren und mögliche Bruchausgänge zu dokumentieren. Die Kombination mit der EDX-Einheit ermöglicht anschließend die Elementaranalytik um Materialfehler oder Verunreinigungen zu identifizieren.

 

Funkenspektralanalyse - OES

An massiven Metallproben lässt sich sehr schnell und präzise mit dem optischen Emissionsspektrometer OES die chemische Zusammensetzung analysieren. Dabei können bis zu 32 Elemente simultan innerhalb einer Minute mit einer Nachweisgrenze im unteren ppm-Bereich quantitativ nachgewiesen werden.

Folgende Basiswerkstoffe können analysiert werden:

  • Eisenbasislegierungen
  • Aluminiumlegierungen
  • Kupferlegierungen
  • Titanlegierungen
  • Nickellegierungen
  • Kobaltlegierungen
  • Magnesiumlegierungen
  • Mg-Legierungen mit seltenen Erden

Zur Vor-Ort-Analytik steht darüber hinaus ein mobiles Funkenspektrometer für hoch- und niedriglegierte Eisenbasis­werkstoffe, Kupfer-, Nickel- und Aluminiumbasiswerkstoffe zur Verfügung.

 

Atomabsorptionsspektrometrie - AAS

Feststoffe wie z.B. Pulver, oxidische und mineralische Gemische, Drähte, Oberflächenbeschichtungen etc. werden in Lösung gebracht und ihre chemische Zusammensetzung im Atomabsorptionsspektrometer bestimmt.

Folgende Elemente können analysiert werden:

  • Fe, Mn, Cr, Cr IV, Ni, Cu, Mo, Zn, Al, Si, Ti, Mg, Ag, Sn, Nb, Pt, Rh
 

Bestimmung von N, O und H mittels Trägergasheißextraktion

Analysator ISF RWTH Aachen

Materialproben werden in einem Graphittiegel bei hohen Temperaturen im Inertgasstrom geschmolzen und das freigesetzte Gas wird analysiert. Ein externer Infrarot-Ofen ermöglicht darüber hinaus die Messung des diffusiblen Wasserstoffgehalts z.B. in Schweißnähten nach ISO 3690 und AWS A4.3.

 

Schweißrauchanalyse

Beim Schweißen entstehen, insbesondere aus den Schweißzusatzstoffen Rauchpartikel, die je nach Größenordnung, Konzentration und chemischer Zusammensetzung eine Gesundheitsgefährdung darstellen können.

Am ISF können diese Parameter in Laborversuchen nach der Fumeboxmethode, DIN EN ISO 15011, bestimmt werden. Des Weiteren werden Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zum Umwelt- und Arbeitsschutz sowie Arbeitsplatzbewertungen durchgeführt: Forschungsbereich Arbeitsschutz

 

Rückstandsanalyse

Der Rückstandsanalysator der Firma MIG-WELD dient zur quantitativen Bestimmung der Menge an verdampfbaren Substanzen, z.B. Beschichtungsmittel, Verunreinigungen aus der Drahtfördereinheit etc., auf der Oberfläche von Drähten oder Stäben zum Schweißen. Eine chemische Analyse der Rauchinhaltsstoffe findet nicht statt.

 

Korrosions- und Alterungsuntersuchungen

Im Bereich der Simulation von Umweltbelastungen auf Materialien stehen am ISF eine Salzsprühkammer und zwei Klimakammern zur Verfügung.

In der Salzsprühkammer können Untersuchungen nach den üblichen Normen DIN 50021 - SS, ESS, CASS - sowie diverse VDA-Wechseltests durchgeführt werden. Dazu werden die Proben in einer speziellen Prüfkammer eingelagert und extremen Bedingungen ausgesetzt. Die Korrosion wird dadurch beschleunigt und man erhält, abhängig vom Werkstoff, z.T. bereits nach einigen Tagen Auskunft über die Auswirkungen der Korrosionsbeanspruchung.

 

In den Klimakammern können Proben permanenten oder zyklischen Belastungen mit variablen Temperaturen- und Luftfeuchtigkeiten ausgesetzt werden, um bestimmte Lager- oder Umweltbedingungen nachzubilden.