Entwicklung einer Methodik zur Erfassung randschichtnaher Eigenspannungsverteilungen σ(z) [sigma(z)] in polykristallinen Werkstoffen mittgels energiedispersiver Diffraktion

Aufgrund der hohen Ortsauflösung, der geringen Messzeiten und des Durchstrahlungsvermögens kommt der diffraktometrischen Eigenspannungsanalyse unter Nutzung hochenergetischer Synchrotronstrahlung in der Werkstoffanalytik eine wichtige Rolle zu. Allerdings führen verfahrensseitige Randbedingungen oftmals zu Beschränkungen bei der Ermittlung von Spannungs(tiefen)verteilungen, so dass grundsätzlich ein Bedarf an der Entwicklung weiterer Analysemethoden vorliegt. Die Grundidee des im Rahmen der vorliegenden Arbeit vorgestellten Ortsraumverfahrens besteht darin, innerhalb eines langgestreckten, bezüglich des Probensystems festen Volumenelements Gitterdehnungen in verschiedenen Orientierungen zu bestimmen und daraus Eigenspannungen analog zum sin2-Verfahren zu berechnen. Das daraus entwickelte „Stress-Scanning-Verfahren“ unterscheidet sich vom Strain-Scanning-Verfahren insbesondere darin, dass keine einschränkenden Grundannahmen bezüglich des dehnungsfreien Gitterparamters d0 getroffen werden müssen. Im Gegensatz zu den üblicherweise zur Ermittlung oberflächennaher Spannungszustände eingesetzten LAPLACE-Verfahren wird der Ortsraumverlauf σ(z) direkt bestimmt, so dass die Problematik der inversen LAPLACE-Transformation bei der Überführung der Verläufe σ() entfällt. Die Anwendbarkeit des Verfahrens wird anhand einer kugelgestrahlten Probe 100Cr6 demonstriert, bei der der Eigenspannungsverlauf mit einer dem Abtragsverfahren vergleichbaren Genauigkeit von etwa 10 µm innerhalb der ersten 100 μm wiedergegeben werden konnte. Die Anwendung des Stress-Scanning-Verfahrens auf ein Viellagenschichtsystem erlaubte erstmals die zerstörungsfreie Bestimmung der Eigenspannungen innerhalb kristallographisch identischer Einzelschichten, die durch herkömmliche bezüglich der Tiefe integrierende Methoden bislang nicht zugänglich waren.