Korrosionsanalyse von Metallpulvern: die Ursache identifizieren

Ein Korrosionsproblem bei Metallpulvern kann mehrere Ursachen haben: partikuläre Verunreinigung, Oberflächenoxidation, das Vorhandensein korrosiver Agenzien, Werkstoffinhomogenität, Abweichungen in der chemischen Zusammensetzung oder ungeeignete Lager- und Recyclingbedingungen. In der Metallurgie und der additiven Fertigung können diese Phänomene die Fließfähigkeit beeinträchtigen, die Oberflächenreaktivität verändern, Einschlüsse begünstigen und die endgültige Bauteilqualität beeinflussen. Ziel ist es daher, die Korrosionsursache schnell zu ermitteln, um zwischen einem Werkstofffehler, einem Prozessfehler oder einer externen Kontamination zu unterscheiden. Vertiefende Informationen zu den Herausforderungen rund um Pulver in der additiven Fertigung finden Sie auf unserer Seite zur Charakterisierung von Metallpulvern sowie in unserem Inhalt zur additiven Fertigung von Metallbauteilen.

Die Expertise beginnt mit der Beobachtung der Pulvermorphologie oder der geschädigten Oberflächen: Oberflächenzustand, Porosität, Unregelmäßigkeiten, Risse, Abrieb, Einschlüsse, Ablagerungen oder oxidierte Bereiche. Im Falle eines Bruchs an einem Bauteil ermöglicht die fraktografische Analyse die Bestimmung des Bruchmechanismus, ob spröde, duktil oder ermüdungsbedingt, und anschließend die Suche nach Hinweisen auf einen Korrosionsangriff. Das Lichtmikroskop, SEM-EDX, FEG-SEM und je nach Bedarf die Röntgen-CT ermöglichen es, Defekte sichtbar zu machen und die zu analysierenden Bereiche zu lokalisieren.

Die Untersuchungen stützen sich auf ergänzende Verfahren: SEM-EDX für Morphologie und lokale Zusammensetzung, Lichtmikroskopie für metallografische Beobachtungen, Härteprüfer für Härtevergleiche, ICP für die Zusammensetzungsanalyse, Elementaranalysatoren C/S, N/O und H für die Kontrolle von Gasen und leichten Elementen, XRD zur Identifizierung von Phasen und kristallinen Verunreinigungen sowie XPS für die Chemie der äußersten Oberfläche. Bei Pulvern ergänzen Korngrößen-, Dichte-, Fließfähigkeits-, Feuchtigkeits- und Morphologiekontrollen die Untersuchung. Ergänzend kann unsere Expertise in der rheologischen Analyse von Pulvern dabei helfen, den Oberflächenzustand mit dem Fließverhalten in Verbindung zu bringen.

Die Beauftragung eines Expertlabors spart Zeit bei der Identifizierung der Ursachen: Kontamination einer Charge, Abweichung der Legierung, anormale Oxidation, Einschlüsse, Oberflächenfehler oder Inkompatibilität zwischen Prozess und Werkstoff. Ziel ist es nicht nur, die Korrosion festzustellen, sondern die analytischen Beobachtungen mit einer industriellen Entscheidung zu verknüpfen: eine Charge freigeben oder sperren, einen Fertigungsparameter anpassen, die Lagerung überarbeiten, einen Lieferanten qualifizieren oder eine Oberflächenbehandlung korrigieren.

Ein Expertlabor unterstützt Industrieunternehmen dabei, die Ursache eines Schadensfalls mithilfe eines multitechnischen und multiskaligen Ansatzes zu bestimmen. Die Untersuchung kann die Oberflächenanalyse, die Identifizierung von Korrosionsprodukten, die Überprüfung der Metalllegierungen, die Suche nach Verunreinigungen, die Analyse der Elementzusammensetzung sowie den Vergleich zwischen konformen und nicht konformen Chargen umfassen. Dieser Ansatz ermöglicht es, die Beständigkeit von Werkstoffen und Oberflächenbehandlungen zu validieren, Risiken vor der Industrialisierung zu antizipieren und die Qualifizierungs-, Produktions- oder Recyclingprozesse von Pulvern zuverlässig abzusichern.

Um eine Korrosionsanalyse zu verstehen, ist es notwendig, die chemische Natur der an der Oberfläche und im Volumen vorhandenen Spezies zu bestimmen. Analysen mittels ICP-AES, ICP-MS, Elementaranalyse C/S, N/O, H, XRD und XPS ermöglichen es, die Legierungszusammensetzung zu überprüfen, Spurenelemente nachzuweisen, kristalline Verunreinigungen sichtbar zu machen und Oxidations- oder Passivierungszustände zu identifizieren. Dieser Ansatz ist besonders nützlich, um das Pulver mit den Spezifikationen abzugleichen, eine Metalllegierung zu überprüfen oder ein oxidierendes bzw. korrosives Agens zu suchen.

Wenn es darum geht, die Beständigkeit eines Werkstoffs oder einer Beschichtung zu validieren, können elektrochemische Prüfungen durchgeführt werden: Messung des freien Potenzials OCV, Korrosionsgeschwindigkeit mittels LSV, elektrochemische Impedanz EIS und Untersuchung der galvanischen Kopplung. Beschleunigte Alterungsprüfungen und Salzsprühnebeltests ermöglichen ebenfalls die Bewertung der Korrosionsbeständigkeit, der Homogenität einer Oberflächenbehandlung und des Schichtdickenverlusts einer Beschichtung. Diese Daten sind sowohl in der Schadensanalyse als auch in der Prozessqualifizierung nützlich.

Dieses Fachwissen ist auch für die additive Fertigung strategisch wichtig, da die Stabilität der Pulver die Wiederholbarkeit des Prozesses und die Endleistung der Bauteile bestimmt. Eine vergleichende Chargenstudie, eine Überwachung des Recyclings oder eine Erstcharakterisierung ermöglichen es, Abweichungen frühzeitig zu erkennen, bevor sie die Produktion beeinträchtigen. Industrieunternehmen können sich zudem durch eine Schulung zu Analysen von Metallpulvern weiterqualifizieren, die auf ihre technischen Anforderungen zugeschnitten ist.

Um eine Expertise zu starten, gilt es, den Kontext des Auftretens des Mangels, die Art des betroffenen Pulvers oder der betroffenen Legierung, die Lager- oder Recyclinghistorie, die erwarteten Spezifikationen und, wenn möglich, Referenzchargen zu präzisieren. Die Untersuchung kann anschließend um Beobachtung, chemische Analyse, Oberflächencharakterisierung, Chargenvergleich und die Interpretation der Ergebnisse im Hinblick auf den industriellen Prozess strukturiert werden. Dieser Ansatz ermöglicht eine fundierte Schlussfolgerung zur Korrosionsursache und zu den einzuleitenden Maßnahmen.