Feldemitter-Rasterelektronenmikroskop (FE-REM) mit Focused Ion Beam (FIB) Zweistrahlsystem
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Feldemitter-Rasterelektronenmikroskop mit Focused Ion Beam Zweistrahlsystem (kurz FIB) wurde im Rahmen diverser Forschungsprojekte eingesetzt. Ausgewählte Projekte, die sowohl im Institut für Werkstoffkunde als auch mit Kooperationspartnern durchgeführt worden sind, sollen im Folgenden beschrieben werden: - SFB, Teilprojekt: Mittels FIB wurden die Bruchflächen von Zugproben aus reibgeschweißten und wärmebehandelten Stahl-Aluminium-Verbunden präpariert. Anschließend wurden die erzeugten Schnitte senkrecht zur Bruchfläche analysiert und mittels energiedispersiver Röntgenspektroskopie hinsichtlich der chemischen Zusammensetzung charakterisiert. Nur mittels FIB-Präparation war es möglich, die teilweise extrem dünnen, noch anhaftenden Bestandteile aus der Verbindungszone auf den Bruchflächen der Grundmaterialien sichtbar zu machen. Die Analysen lassen Rückschlüsse auf das Bruchverhalten solcher Werkstoffverbunde zu. - DFG-Normalverfahren "Untersuchung des Einflusses von Impulsen hoher Stromdichte auf die Eigenschaften und Mikrostruktur von Nickelbasis-Superlegierungen": Mittels des REM-FIB-Gerätes konnte an einer präparierten Stauchprobe aus einkristalliner CMSX-4-Legierung die interdendritische Region lokalisiert werden. Zuerst wurde eine TEM-Lamelle aus dieser Region entnommen. Nach der Behandlung dieser Probe mit elektrischen Stromimpulsen wurde eine zweite TEM-Lamelle aus der gleichen Dendritenregion entnommen. Dadurch konnte an zwei naheliegenden Bereichen die Versetzungsanordnung im TEM untersucht werden. - SPP: "Selektiv thermisch oxidierte Werkzeugoberflächen als reibungsarme Trennschichten für die Trockenumformung": Der Einsatz von oxidischen Trennschichten für die trockene Umformung wurde untersucht. Die hergestellten Oxidschichten haben eine Dicke zwischen 10 nm und 300 nm und konnten erfolgreich mit dem FIB REM hinsichtlich Dicke und Anbindung an den Grundwerkstoff analysiert werden. - AiF-Projekt "Clinchen für Anwendungen mit zyklisch thermischer und mechanischer Belastung": An Clinchpunktproben wurden zyklische, thermische Belastungsuntersuchungen durch Erwärmung und Abkühlung von 400 °C bis 900 °C durchgeführt. Insbesondere wurden die Änderungen des Gefüges im Halsbereich der Clinchverbindung mit Hilfe von Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) analysiert. Die Lamellen für das TEM wurden mit der FIB präpariert. - DFG-Normalverfahren "Prozessketten zum Verbundstrangpressen und Wärmebehandeln asymmetrischer Verbundprofile aus Aluminium und Titan": Ein neuartiges Strangpressverfahren mit dem Namen LACE (Lateral Angular Co-Extrusion) wurde entwickelt. Durch eine Matrize können Titan-Verstärkungselemente seitlich zugeführt werden. Das Verfahren ermöglicht die Herstellung von stoffschlüssigen Werkstoffverbunden aus Aluminium und Titan. Es konnte gezeigt werden, dass sich die Verbundfestigkeiten von Werkstoffverbunden durch eine nachgeschaltete Wärmebehandlung steigern lassen. Die durchgeführten Arbeiten an der FIB dienten der Charakterisierung der Verbundzoneneigenschaften der stranggepressten Verbundprofile. - AiF-Projekt: "Entwicklung von kupfer- und nickelbasierten Lotsystemen mit niedrigen Verarbeitungs- aber hohen Wiederaufschmelztemperaturen": In dem Projekt wurden Lotsysteme mit einer geringen Verarbeitungs- aber einer hohen Wiederaufschmelz-temperatur für das Fügen von Warmarbeitsstählen entwickelt. Als Lot kamen Cu-Si- und Cu-Sn-Legierungen kombiniert mit einer im Lötprozess nicht schmelzflüssigen zusätzlichen Kupferphase zum Einsatz. Mithilfe der FIB konnten gezielt Proben für die Bestimmung der Diffusionskoeffizienten der schmelzpunktsenkenden Elemente in den Lotsystemen präpariert werden. - DFG-Normalverfahren "Ultrafast Lensless imaging with Plasmonic Enhanced XUV Generation": Die selbstorganisierte Modifikation von Dimer-Nano-Antennen durch einen Femtosekunden-Laser mit sehr geringer Fluenz konnte experimentell gezeigt werden. Eine solche nanostrukturelle Rekonstruktion ist ein universeller Effekt der bei unterschiedlichen Materialien auftritt. Die hochauflösenden REM- und EDX-Bilder an den FIB-Lamellen erlaubten, die Mechanismen der Femtosekunden-Ablation zu untersuchen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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“Heat treatment of titanium-aluminumcompounds made by co-extrusion of asymmetric compound profiles”. Materials Science Forum, Vols. 828-829 (2015) S. 206-211
Striewe, B.; Grittner, N.; von Hehl, A.; Nürnberger F.
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(2017): “Wear behaviour of thermally oxidised tool surfaces as lowfriction separation layers for dry sheet metal forming”, Wear 376-377, 2017, 1789-1803
Yilkiran, D.; Wulff, D.; Almohallami, A.; Özkaya, F.; Bouguecha, A.; Hübner, S.; Möhwald, K.; Maier, H. J.; Behrens, B.-A.
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(2017): „Self-optimization of plasmonic nanoantennas in strong femtosecond fields“, Optica 4, 2017 (9), 1038-1043
Shi, L.; Iwan, B.; Nicolas, R.; Ripault, Q.; Andrade, J. R. C.; Han, S.; Kim, H.; Boutu, W.; Franz, D.; Heidenblut, T.; Reinhardt, C.; Bastiaens, B.; Nagy, T.; Babushkin, I.; Morgner, U.; Kim, S.-W.; Steinmeyer, G.; Merdji, H.; Kovacev, M.
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“Development of a Cu-Sn based brazing system with a low brazing and a high remelting”, 19th Chemnitz Seminar on Materials Engineering, IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 181, 2017, 12005
Schmieding, M.; Holländer, U.; Möhwald, K.
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“Microstructure and Mechanical Properties of Friction Welded Steel-Aluminum Hybrid Components after T6 Heat Treatment”, Materials Science and Engineering: A 696, 2017, 33-41
Herbst, S.; Aengeneyndt, H.; Maier, H. J.; Nürnberger, F.
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“Properties Of Clinched Stainless Steel Sheets As A Result Of Thermal Loading”, In: Ya. V. Frolov (Hrsg.): Plastic deformation of metals. Ya. V. Frolov (Hrsg.): Plastic deformation of metals. Accent PP, Dnipro, 2017, S. 47
Jalanesh, M.; Golovko, O.; Gerstein, G.; Hübsch, C.; Hübner, S.; Yarcu, S.; Sezek, O.; Behrens, B.-A.; Rodman, D.; Maier, H. J.
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“Pulsed magnetic field-induced changes in the meso- and nanostructure of Co49Ni21Ga30 martensite”, Funct. Mater. Lett. 10, 2017 (04), 1750044
Gerstein, G.; L’vov, V.; Chumlyakov, Y.; Niendorf, T.; Krooß, P.; Dalinger, A.; Heidenblut, T.; Maier, H. J.
