Ätzen
Ätzen ist ein chemischer oder elektrolytischer Prozess nach dem metallographischen Schleifen und Polieren.
Ätzen in der Materialographie übt einen kontrollierten Einfluss auf die Oberflächenrauheit oder die optischen Eigenschaften an den Korngrenzen, Phasen sowie Kornoberflächen aus und ermöglicht eine mikroskopische Untersuchung sowie einen zusätzlichen Einsatz von optischen Filtern im Mikroskop.
Die Präparation vor dem Ätzprozess muss an das Ziel der Untersuchung angepasst werden.
Ätzen in der Praxis
Schritte zur Auswahl der Methode:
- Die Oberfläche des Werkstücks muss zu Beginn poliert werden, um eine glatte Oberfläche ohne Kratzer oder Verformungen zu erhalten.
- Dann wird das für den Werkstoff passende Ätzmittel gewählt. Eine Liste der am häufigsten verwendeten Ätzmittel ist der Literatur zu entnehmen.
- In bestimmten Fällen lässt sich der Kontrast zusätzlich zum chemischen Ätzen durch Mikroskopfilter erhöhen. Dies wird als optisches Ätzen bezeichnet.
- Beim elektrolytischen Ätzen gilt es, den geeigneten Elektrolyten, die passende Spannung und die beste Einwirkzeit zu wählen.
Materialien und Ätzmittel
Dies sind nur einige Beispiele aus dem breiten Sortiment der möglichen Ätzmittel.
Kohlenstoffstähle
Alkoholische Salpetersäure
Hoch legierte Stähle
Farb-Ätzmittel (Beraha, Lichtenegger), mit V2A-Lauge oder Adler-Ätzmittel mit Salzsäure
Hoch legierte Stähle
Elektrolytisches Ätzen mit Oxalsäure
Aluminium und Aluminiumlegierungen:
Barker
Kupfer und Kupferlegierungen:
Variationen des Klemm-Reagenz
Arten des Ätzens
Ätzen kann auf verschiedene Arten erfolgen, wie nachfolgend beschrieben.
Chemisches Ätzen
Beim chemischen Ätzen wird die präparierte Probe, die in der Regel zuvor geschliffen (Makroätzung) oder feinpoliert (Mikroätzung) wurde, vollständig in eine Ätzflüssigkeit (Ätzmittel) eingetaucht.
Nach der Makroätzung lässt sich eine Probenoberfläche mit dem bloßen Auge oder einem Vergrößerungsglas (bis zu 25-fache Vergrößerung) untersuchen. Die Mikroätzung ermöglicht eine mikroskopische Prüfung mit bis zu 1000-facher Vergrößerung (Lichtmikroskop) oder mehr (Elektronenmikroskop).
Beim Lösungsätzen werden insbesondere Korngrenzen, Oberflächen oder Phasen angegriffen.
Bei der Farbniederschlagsätzung (oder einfach Farbätzung) bildet sich auf der Oberfläche eine dünne Schicht mit einer bestimmten Dicke, die von der chemischen Zusammensetzung oder der Kornorientierung abhängig ist.
Elektrolytisches Ätzen
Das elektrolytische Ätzen setzt ein homogenes, leitfähiges Werkstück voraus. Für das erforderliche vorausgehende Polieren der Oberfläche reicht ein kurzes mechanisches Anschleifen und Anpolieren aus. Die resultierende Oberfläche ist planer, kann aber immer noch Verformungen und/oder Kratzer aufweisen. Beim elektrolytischen Polieren treten weniger Verformungen auf, es führt aber zu Kantenabrundungen und möglicherweise zum Auswaschen von Phasen.
Das elektrolytische Ätzen erfolgt nach denselben Grundsätzen wie das chemische Ätzen, abgesehen davon, dass sich die Probe als Anode in einer galvanischen Zelle befindet, was den Abtrag von Material von der Probenoberfläche bewirkt. Bei speziellen Untersuchungen von Aluminiumwerkstoffen kann eine Flüssigkeit, die beim elektrolytischen Ätzen eine anodische Schicht auf einer gut polierten Probenoberfläche bildet, aufgetragen und unter polarisiertem Licht untersucht werden (Ätzen nach Barker).
Ätzen von rostfreien Stählen
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Fehlersuche und -behebung – Ätzen
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