Charakterisierung von Passivierungsschichten
Question
Wie kann man die Dicke und Zusammensetzung einer Passivierungsschicht genau bestimmen?
Die Passivierung ist ein chemischer Prozess, bei dem durch die Bildung einer „passiven“ Schicht ein Metall oder eine Legierung vor Korrosion geschützt wird. Diese Schicht kann auf natürliche Weise durch die Bildung eines Oxids auf der Oberfläche entstehen, wie z. B. bei Aluminium oder Titan. Sie kann auch durch einen industriellen Prozess induziert werden, bei dem es notwendig ist, die Dicke und die Art des gebildeten Oxids zu beherrschen, um einen wirksamen Schutz gegen die Alterung der Materialien zu erreichen.
Expertise
Materia Nova verfügt über ein breites Fachwissen im Bereich der Korrosionsschutzbehandlung: Formulierung, Alterungsstudien, Charakterisierung, ...
Passivierungsschichten sind oft sehr dünn, von einigen Nanometern bis zu einigen Dutzend Nanometern. In dieser Situation kann ihre Dicke mit gängigen Techniken wie RFA (oft in Werkstätten für Oberflächenbehandlung eingesetzt) oder Rasterelektronenmikroskopie (REM) nicht genau bestimmt werden. Diese Messung kann mithilfe unserer Geräte zur Oberflächencharakterisierung wie z. B. XPS durchgeführt werden.
XPS ist eine Technik zur Oberflächenanalyse (5-10 nm Analysetiefe), die Informationen über die Art und Menge der vorhandenen Elemente liefert, aber dank des hochauflösenden Modus auch Zugang zum Oxidationszustand der Metallelemente bietet. Dadurch ist es möglich, eindeutig zu unterscheiden, ob ein Material passiviert ist oder nicht. Außerdem kann man mit den Erosionskanonen sehr genau in das Material eindringen, um Analysen in der Tiefe durchzuführen (chemisches Profil).
Das folgende Beispiel zeigt ein Profil, das auf einer Passivierungsschicht aus Zinkoxid und Chromoxid erstellt wurde:
- Die Analyse der Zusammensetzung zeigt, dass Zink, Chrom und Sauerstoff an der Oberfläche vorhanden sind. Die hochauflösende Analyse bestätigt den oxidierten Zustand des Zinks.
- die Dicke der Passivierungsschicht wird auf 70 nm geschätzt.
- Unter der Passivierungsschicht befindet sich ein Substrat, das aus einer Zink-Nickel-Legierung besteht.
Lösung
Mithilfe der Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) kann die chemische Zusammensetzung von Passivierungsschichten untersucht und ihre Dicke genau geschätzt werden, insbesondere in Situationen, in denen diese Schicht sehr dünn ist.