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Charakterisierung einer nickelbasierten Superlegierungs-Mikrostruktur mit EBSD

Abb. 1: Das mit dem ARGUS-Bildgebungssystem aufgenommene Phasenkontrastbild zeigt mindestens vier verschiedene Phasen. Besonders zu beachten ist das Vorhandensein zahlreicher feiner Ausscheidungen an den Phasengrenzen. Die Ergebnisse der gleichzeitigen EBSD/EDS-Messung sind in Abb. 2 und 5 gezeigt.

Nickelbasierte Superlegierungen sind bekannt für ihre ausgezeichnete mechanische Festigkeit und Beständigkeit gegen thermische Kriechverformung, Ermüdung, Korrosion oder Oxidation. Daher sind sie oft das Material der Wahl für hochtemperaturbeständige Bauteile in Gasturbinen und Flugzeugmotoren. Die Charakterisierung ihrer Mikrostruktur ist entscheidend für die Einstellung der mechanischen Eigenschaften. Eine hohe Temperaturfestigkeit wird durch die Zugabe von Elementen erreicht, die Sekundärphasenausscheidungen in Form von festen Lösungen bilden (ɣ' Nitride, Carbide); deshalb ist die Bestimmung unbekannter Ausscheidungen, die während des Ausscheidungsprozesses gebildet werden, besonders wichtig.

In diesem Anwendungsbeispiel wird gezeigt, wie wichtig die EDS-gestützte EBSD-Messung für die erfolgreiche Identifizierung und Indizierung der verschiedenen Phasen einschließlich der feinen Ausscheidungen ist. Aus dem in Abb. 1 gezeigten, mit ARGUS™ BSE-Detektoren aufgenommenen Phasenkontrastbild lässt sich das Vorhandensein zahlreicher feiner Ausscheidungen (Carbide) und dreier weiterer Phasen ableiten. Die kombinierte EBSD/EDS-Messung wurde mit einer räumlichen Auflösung von 50 nm durchgeführt, um die Carbide zu bestimmen. Die EBSD-Ergebnisse sind in Abb. 2, 5 und 6 dargestellt. Mit Hilfe der kombinierten EDS- und EBSD-Messungen wurden vier Phasen identifiziert: Nickel (Matrix), Nickel-Aluminium, Nickel-Wolfram und Tantalcarbid.

Die Herausforderung besteht hier darin, die Hartmetallphase (Carbid) von der Nickelmatrixphase zu unterscheiden. Beide Phasen haben eine kubisch flächenzentrierte (fcc) Struktur und erzeugen daher ein sehr ähnliches Beugungsmuster (siehe Abb. 3 und 4). Deshalb wurde das EBSD-Phasenmap offline durch eine EDS-gestützte EBSD-Indizierung korrigiert (Abb. 5).