Die Materialcharakterisierungsverfahren Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA) und Glimmentladungsspektroskopie (GDOES) im Alltag eines Werkstoffprüflabors

Bauteilprüfung, Schichtdickenmessung und Bulkanalysen sind wiederkehrende Aufgaben eines Prüflabors. Im praktischen Betrieb stehen dem Anwender dabei eine Vielzahl von Analysenmethoden zur Verfügung, aus denen dieser für die Bearbeitung des aktuellen Schadensfall auszuwählen hat. Der Beitrag stellt die etablierte Röntgenfluoreszenzanalyse sowie die Glimmentladungsspektroskopie als Methoden zur flexiblen bzw. komplexen Materialcharakterisierung vor. An praxisrelevanten Bauteilen und Schichtsystemen werden Beispielmessungen vorgestellt, die Ergebnisse werden in Hinblick auf Wirtschaftlichkeit, Elementauswahl, Auflösungsvermögen und Nachweisgrenzen diskutiert

Materialcharakterisierung an Messing-Legierungen, Computertomographie zur Gefügebeurteilung

Bei der Analyse von Korrosionsprodukten mittels Röntgenbeugung an bleihaltigen Messingbauteilen stellte sich heraus, dass im Röntgendiffraktogramm zwei Messingphasen und Blei in reiner Form im Grundmaterial detektierbar sind. Die Röntgenfluoreszenzanalyse ergab einen Bleigehalt von 1,86 wt%. Die röntgenographische Rietveldanalyse der Röntgenbeugungsdiagramme und die Glimmentladungsspektroskopie lieferten einen ähnlichen Bleigehalt. Mit Hilfe eines Computertomographen konnten diese Bleiausscheidungen sehr gut sichtbar gemacht werden. Die Bleiausscheidungen fördern die Zerspanbarkeit, können aber bei nicht gleichmäßiger Verteilung trotz Messung eines vergleichbaren Bleigehalts mit RFA, XRD oder GDOES Ausgangspunkt für mechanisches Versagen sein. Vorteil der Computertomographie ist, dass nach einem erstellten Scan Schnitte erstellt werden können, die mit Gefügebildern aus der Metallographie sehr gut übereinstimmen, aber zerstörungsfrei und über das gesamte Volumen vorgenommen werden können. Nachweisgrenzen und Restriktionen werden aufgezeigt

Differentiating between hydrothermal and diagenetic carbonate using rare earth element and yttrium (REE+Y) geochemistry: a case study from the Paleoproterozoic George Fisher massive sulfide Zn deposit, Mount Isa, Australia

Carbonate minerals are ubiquitous in most sediment-hosted mineral deposits. These deposits can contain a variety of carbonate types with complex paragenetic relationships. When normalized to chondritic values (CN), rare-earth elements and yttrium (REE+YCN) can be used to constrain fluid chemistry and fluid-rock interaction processes in both low- and high-temperature settings. Unlike other phases (e.g., pyrite), the application of in situ laser ablation-inductively coupled plasma-mass spectroscopy (LA-ICP-MS) data to the differentiation of pre-ore and hydrothermal carbonates remains relatively untested. To assess the potential applicability of carbonate in situ REE+Y data, we combined transmitted light and cathodoluminescence (CL) petrography with LA-ICP-MS analysis of carbonate mineral phases from (1) the Proterozoic George Fisher clastic dominated (CD-type) massive sulfide deposit and from (2) correlative, barren host rock lithologies (Urquhart Shale Formation). The REE+YCN composition of pre-ore calcite suggests it formed during diagenesis from diagenetic pore fluids derived from ferruginous, anoxic seawater. Hydrothermal and hydrothermally altered calcite and dolomite from George Fisher is generally more LREE depleted than the pre-ore calcite, whole-rock REE concentrations, and shale reference values. We suggest this is the result of hydrothermal alteration by saline Cl--rich mineralizing fluids. Furthermore, the presence of both positive and negative Eu/Eu* values in calcite and dolomite indicates that the mineralizing fluids were relatively hot (>250°C) and cooled below 200–250°C during ore formation. This study confirms the hypothesis that in situ REE+Y data can be used to differentiate between pre-ore and hydrothermal carbonate and provide important constraints on the conditions of ore formation

Nanoporous Gold: From Structure Evolution to Functional Properties in Catalysis and Electrochemistry

Nanoporous gold (NPG) is characterized by a bicontinuous network of nanometer-sized metallic struts and interconnected pores formed spontaneously by oxidative dissolution of the less noble element from gold alloys. The resulting material exhibits decent catalytic activity for low-temperature, aerobic total as well as partial oxidation reactions, the oxidative coupling of methanol to methyl formate being the prototypical example. This review not only provides a critical discussion of ways to tune the morphology and composition of this material and its implication for catalysis and electrocatalysis, but will also exemplarily review the current mechanistic understanding of the partial oxidation of methanol using information from quantum chemical studies, model studies on single-crystal surfaces, gas phase catalysis, aerobic liquid phase oxidation, and electrocatalysis. In this respect, a particular focus will be on mechanistic aspects not well understood, yet. Apart from the mechanistic aspects of catalysis, best practice examples with respect to material preparation and characterization will be discussed. These can improve the reproducibility of the materials property such as the catalytic activity and selectivity as well as the scope of reactions being identified as the main challenges for a broader application of NPG in target-oriented organic synthesis

Zerstörungsfreie Charakterisierung mechanischer Eigenschaften von hartstoffpartikelhaltigen Passivierungsschichten auf galvanischen Zink- und Zinklegierungsschichten

Zur Verbesserung des Korrosionsschutzes spielen Passivierungsschichten auf galvanischen Zn- und ZnNi-Schichten eine wesentliche Rolle. Im Bereich der Automobilindustrie sowie der Elektrotechnik/Elektronik wurde durch entsprechende Richtlinien (EU-Altfahrzeugrichtlinie usw.), welche in deutsches Recht umgesetzt wurden, der Einsatz von hexavalentem Chrom in allen Fahrzeugbauteilen sowie vielen Elektro- und Elektronikgeräten verboten. Somit ist die Anwendung der durch sehr gute Korrosionsschutzeigenschaften gekennzeichneten Chrom(VI)-haltigen Gelb-, Schwarz-und Olivchromatierungen für Zink- und Zinklegierungsschichten verboten bzw. stark eingeschränkt. Auf Grund des Cr(VI)-Verbotes werden heute vor allem Dickschichtpassivierungen eingesetzt. Ohne den für Cr(VI)-haltige Schichten typischen Selbstheilungseffekt sind dieses Schichten wegen ihrer geringen Härte anfällig für mechanische Verletzungen, so dass speziell bei Trommelware die geforderten Korrosionsschutzeigenschaften nur durch zusätzliche silikatische oder organische Topcoats erreicht werden können. Durch die Einlagerung von nanokristallinen Hartstoffpartikeln in die Passivierungsschicht kann die Verschleißbeständigkeit und hierüber durch die Vermeidung von Oberflächenverletzungen während der Herstellung sowie des Bauteiltransports auch die Korrosionsbeständigkeit erhöht werden. Für die Entwicklung und den praktischen Einsatz dieser Schichten ist die Materialcharakterisierung, insbesondere die Charakterisierung der mechanischen Eigenschaften, von herausragender Bedeutung. Im vorliegenden Beitrag soll die zerstörungsfreie bzw. zerstörungsarme, tiefenabhängige Bestimmung der mechanischen Schichteigenschaften unter Nutzung der instrumentierten Eindringhärteprüfung (Nanoindenter) vorgestellt werden. Der Einfluss der verschiedenen Hartstoffpartikel (Aluminiumoxid, Siliciumoxid usw.) auf die Schichteigenschaften wird ausführlich diskutiert

Ab initio Quantum and ab initio Molecular Dynamics of the Dissociative Adsorption of Hydrogen on Pd(100)

The dissociative adsorption of hydrogen on Pd(100) has been studied by ab initio quantum dynamics and ab initio molecular dynamics calculations. Treating all hydrogen degrees of freedom as dynamical coordinates implies a high dimensionality and requires statistical averages over thousands of trajectories. An efficient and accurate treatment of such extensive statistics is achieved in two steps: In a first step we evaluate the ab initio potential energy surface (PES) and determine an analytical representation. Then, in an independent second step dynamical calculations are performed on the analytical representation of the PES. Thus the dissociation dynamics is investigated without any crucial assumption except for the Born-Oppenheimer approximation which is anyhow employed when density-functional theory calculations are performed. The ab initio molecular dynamics is compared to detailed quantum dynamical calculations on exactly the same ab initio PES. The occurence of quantum oscillations in the sticking probability as a function of kinetic energy is addressed. They turn out to be very sensitive to the symmetry of the initial conditions. At low kinetic energies sticking is dominated by the steering effect which is illustrated using classical trajectories. The steering effects depends on the kinetic energy, but not on the mass of the molecules. Zero-point effects lead to strong differences between quantum and classical calculations of the sticking probability. The dependence of the sticking probability on the angle of incidence is analysed; it is found to be in good agreement with experimental data. The results show that the determination of the potential energy surface combined with high-dimensional dynamical calculations, in which all relevant degrees of freedon are taken into account, leads to a detailed understanding of the dissociation dynamics of hydrogen at a transition metal surface.Comment: 15 pages, 9 figures, subm. to Phys. Rev.