Mikrostrukturen kaltgasgespritzterBeschichtungen und deren Untersuchung mittelsRöntgen-Mikrotomografie

Der Aufbau kaltgasgespritzter Beschichtungen zeigt eine komplexe Konstellation von gleichmäßig eingebetteten und stark verformten Partikeln. Das Wissen über die entstehende dreidimensionale Architektur von verbundenen und eingeschlossenen Partikeln ist für die genauere Vorhersage über die mechanischen und funktionalen Eigenschaften in Bezug auf Dichte und Porosität derartiger Beschichtungen von wesentlicher Bedeutung. Dies gilt besonders für die Beurteilung der Schichteigenschaften bei Verbundwerkstoffen. Beschrieben werden die XMT-Untersuchungen und -Analysen für kaltgasgespritzte Beschichtungen. Solche zerstörungsfreien Verfahren sind hilfreich, um eine „genaue“ Sichtbarmachung der Mikrostruktur mit einer zuverlässigen Beurteilung der Porosität, das heißt ohne Artefakte wie Smear-Effekte, zu ermöglichen. Es wurden Untersuchungen mittels eines Labor-Mikrotomografens sowie eines hochauflösenden Großforschungsgeräts bei der ESRF (Messbereich: 850 µm × 1160 µm × 2500 µm bzw. 280 µm × 280 µm × 573 µm; Beamline 19) vorgenommen. Ziel war es, die Phasendarstellung von Poren und kaltgasgespritzter Matrix verschiedener Reinmetalle mit unterschiedlichen Atomzahlen zu realisieren. Mit vier unterschiedlichen Pulvern kaltgasgespritzte Silberschichten wurden mittels XMT durch abgeschwächte Kontrastdarstellung abgebildet. Die Porosität wurde in einem engen Bereich zwischen 0,004% bis 0,66% gemessen, wobei beide Messungen gut übereinstimmten. Ein weiterer Vergleich gelang für Ag/Cu-Verbundwerkstoffe mit gemischten Pulvern. Die resultierenden Bilder großer gescannter Volumen wurden analysiert, um die Verteilung jeden Bestandteils und Inhalts zu unterscheiden und zu quantifizieren. Neben der Porosität wurde die dreidimensionale Morphologie einer Reihe einzelner eingebetteter Partikel durch die Bearbeitung einer präzisen 3-D-Segmentierung von XMT-Bildstapeln einer kaltgasgespritzten Aluminium-Musterbeschichtung untersucht. Das ermöglichte die volumetrische Beschreibung der tatsächlichen Morphologie zahlreicher deformierter Partikel, um von einer zweidimensionalen Beurteilung zu einer fehlerfreien dreidimensionalen Prüfung und Quantifizierung dichter oder leicht poröser Beschichtungen auch bei Verbundwerkstoffen zu gelangen.