Metallographische Präparation von Kupfer und seinen Legierungen

Kupfer ist weich und dehnbar: Es lässt sich leicht bearbeiten, neigt jedoch bei der Bearbeitung zu Oberflächenschäden. Seine einzigartige Kombination von Eigenschaften, insbesondere seine außergewöhnliche elektrische und thermische Leitfähigkeit, macht es zum Material der Wahl für Anwendungen wie elektrische Leitungen, Telekommunikation, Wärmetauscher und Kochutensilien. Kupfer spielt auch bei der Energiewende eine entscheidende Rolle und ist für Technologien wie Windturbinen, Solarmodule und Elektrofahrzeuge unverzichtbar. Aufgrund seiner warmen und ansprechenden Optik ist es beliebt für dekorative und funktionale Gegenstände wie Griffe, Türklinken, Arbeitsplatten und Tische.

Um die Mikrostruktur von Kupfer genau beurteilen zu können, ist eine sorgfältige metallografische Vorbereitung unerlässlich, da durch unsachgemäße Handhabung leicht Artefakte wie Schmierereien oder Kratzer durch Oxidablösung entstehen können. Dieser Leitfaden führt Sie durch jeden Schritt der metallografischen Vorbereitung von Kupfer und seinen Legierungen, vom Schneiden und Montieren bis zum Schleifen, Polieren und Gravieren.

Themen

• Überblick
• Metallographische Präparation von Kupfer
  • Schneiden und Montieren
  • Sammeln und Polieren
  • Gravieren
• FAQ

Metallographische Präparation von Kupfer und seinen Legierungen

Schneiden und Montieren von Cu und Cu-Legierungen

Kupfer und seine Legierungen sind relativ weiche und dehnbare Materialien, die sich leicht schneiden lassen, aber auch das Risiko von Verschmierungen, Verformungen und thermischen Schäden erhöhen, wenn der Schneidvorgang nicht richtig kontrolliert wird. Das Schneidverfahren muss daher sorgfältig auf die Materialart und Geometrie abgestimmt werden:

• Reines Kupfer neigt beim Schneiden besonders zum Verschmieren und zur Oberflächenverzerrung. Um diese Effekte zu minimieren, verwenden Sie ein harzgebundenes Schneidrad aus Siliziumkarbid (SiC). Für Standard- und Stand-Trennmaschinen empfehlen wir den Einsatz unseres Trennrades NF-A, das sich optimal für Weich- und Nichteisenmetalle bis zu einer Härte von 300 HV eignet und saubere, verzugsarme Schnitte gewährleistet.
• Kupferlegierungen, wie Messing, Bronze oder Cu-Ni-Systeme, können im Allgemeinen mit den gleichen Parametern wie reines Kupfer geschnitten werden. Aufgrund ihrer etwas höheren Härte und geringeren Duktilität vertragen sie jedoch häufig höhere Vorschubgeschwindigkeiten oder mechanische Belastungen, ohne dass die Schnittqualität darunter leidet.

Um ein genaues und beschädigungsfreies Schneiden zu gewährleisten, ist die Verwendung einer Präzisionsschneidemaschine mit ausreichender Kühlmittelzufuhr unerlässlich. Um thermische Effekte und Verschmieren zu reduzieren, wird eine niedrige Schnittgeschwindigkeit empfohlen. Die Probe sollte sicher, aber vorsichtig eingespannt werden, um Vibrationen oder Verformungen zu vermeiden. Dies gilt insbesondere für dünnwandige oder röhrenförmige Proben, die sich aufgrund innerer Spannungen beim Längsschneiden verformen können. Bei extrem dünnen und druckempfindlichen Proben wie Kupferrohren oder Munition empfehlen wir, die Probe vor dem Einspannen und Schneiden zu montieren.

Das sorgfältige Schneiden ist ein entscheidender erster Schritt bei der metallografischen Präparation und stellt sicher, dass beim anschließenden Schleifen und Polieren die wahre Mikrostruktur ohne Störungen durch Präparationsartefakte sichtbar wird. Aus diesem Grund ist das Nassschneiden mit präzisen Schneidemaschinen die beste Methode, um Kupferproben mit minimaler Verzerrung zu schneiden.

Die Vorrichtung bietet mechanische Unterstützung beim Schleifen und Polieren und ist besonders wichtig für kleine, unregelmäßige oder kantenempfindliche Kupferproben. Es gewährleistet eine stabile Handhabung, schützt die Probenkanten und verbessert die Konsistenz der Präparation.
Aufgrund der niedrigen Glühtemperatur dieser Proben ist die Kaltmontage die bevorzugte Montagemethode für Kupferproben, aber auch eine Heißmontage ist möglich.
Für die Hotmelt-Montage empfehlen wir die Verwendung von Bakelit, erhältlich in Rot, Schwarz oder Grün für gängige Anwendungen. Wenn eine transparente Präparation gewünscht ist (z. B. zur Zielpräparation), ist die Verwendung von THERMOPLAST eine Alternative. Dabei sollte die Heiztemperatur unter 190 °C liegen.

Das Kalteinbetten wird empfohlen, wenn eine thermische Belastung vermieden werden muss, beispielsweise bei der Fehleranalyse, bei wärme- oder druckempfindlichen Strukturen oder bei der Herstellung komplexer Geometrien. Zu den häufig verwendeten Systemen gehören die PMMA-basierten Harze KEM 20 und KEM 30 sowie das Epoxidharz Qpox 93, das eine hervorragende Kantenbeständigkeit und minimale Schrumpfung bietet.

Ätzen von Cu und Cu-Legierungen

Das Ätzen ist ein wesentlicher Schritt bei der metallografischen Präparation von Kupfer und seinen Legierungen. Dadurch werden mikrostrukturelle Merkmale wie Korngrenzen, Zwillinge und Partikel der zweiten Phase unter dem Mikroskop sichtbar. In vielen Fällen, insbesondere bei Gusslegierungen, ist das Ätzen unkompliziert. Bei Kupferknetlegierungen kann es jedoch schwieriger sein, das optimale Ätzmittel zu finden, insbesondere bei solchen, die einer erheblichen Kaltverformung unterzogen wurden. In solchen Fällen kann Farbätzen für zusätzlichen Kontrast und Klarheit sorgen.

Gängige Ätzmittel können im Labor mit Standard-Chemikalienreagenzien hergestellt werden. Die folgende Tabelle fasst typische Formulierungen und Anwendungsbedingungen zusammen:

Sicherheitshinweis: Säuren sollten mit Vorsicht verwendet werden. Tragen Sie Schutzausrüstung und befolgen Sie die Sicherheitsrichtlinien des Labors.

_{Notiz: Wenn die Probe Blei enthält, greifen die meisten Ätzmittel die Einschlüsse an und hinterlassen schwarze Hohlräume. Zur genauen Dokumentation der Bleiverteilung sollten vor der Gravur Bilder aufgenommen werden.}

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