XPS-Analysen zur Bewertung von Passivierungsschichten auf Edelstahl
Die XPS-Analyse von Edelstahloberflächen ist ein zentrales Verfahren zur Bewertung der Passivierungsschicht, die für den Korrosionsschutz von Edelstahl verantwortlich ist. Eine effektive Passivierungsschicht aus Chromoxid verhindert die Oxidation und verlängert die Lebensdauer von Edelstahlkomponenten in kritischen Anwendungen.
Grundlagen der Passivierung
Edelstahl bildet durch Oxidation eine wenige Nanometer dicke Passivierungsschicht, die hauptsächlich aus Chromoxid (Cr₂O₃) besteht. Diese Chromoxid Schicht schützt das Metall vor weiterer Korrosion. Ein zentrales Kriterium für die Qualität dieser Schicht ist das Cr/Fe Verhältnis, das mittels XPS Analyse quantifiziert werden kann.
XPS-Analyse von Edelstahloberflächen
Die XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy) ermöglicht eine Oberflächenanalyse von Edelstahl-Oberflächen im Bereich (Informationstiefe der XPS) von 2–10 nm. Durch Sputter-Tiefenprofilmessungen sind auch größere Tiefen der Analyse zugänglich, um die Passiviereungsschicht auf dem Stahl untersuchen zu können.
Die XPS liefert Informationen über die chemische Zusammensetzung, Oxidationszustände und Tiefenprofile. Ein hoher Anteil an Cr³⁺-Oxid und ein Cr/Fe Verhältnis > 1.5 gelten als Indikatoren für eine hochwertige Passivierungsschicht.
XPS-Untersuchungen an Passivierungsschichten
Studien zeigen, dass eine Passivierung mit 20 % HNO₃ bei 58 °C zu einem signifikanten Anstieg des Cr/Fe Verhältnisses führt. Die beste Korrosionsbeständigkeit wurde bei den folgenden Beispielen bei 30 Minuten erreicht.
Bewertungskriterien für Passivierungsschichten
Die Qualität einer Passivierungsschicht lässt sich anhand folgender Kriterien bewerten:
- Cr/Fe Verhältnis höher als 1.5
- Nachweis von Cr³⁺-Oxid
- Geringer Kohlenstoffanteil
- Homogene Chromoxidverteilung im Tiefenprofil
- Schichtdicke ≥ 2–5 nm
Empfehlungen für die Praxis
Für eine effektive Passivierung sollten HNO₃- oder H₂O₂-Lösungen mit geringem Chloridgehalt verwendet werden. Die XPS-Analyse eignet sich ideal zur Validierung von Passivierungsverfahren und zur Qualitätssicherung in der Edelstahlverarbeitung.
Fazit:
Die XPS Analyse Edelstahl ist ein unverzichtbares Werkzeug zur Bewertung von Passivierungsschichten. Sie liefert präzise Informationen über die chemische Zusammensetzung und den Korrosionsschutz durch Chromoxid Schichten. Eine gezielte Oberflächenanalyse Edelstahl ermöglicht die Optimierung von Passivierungsverfahren und erhöht die Sicherheit in sensiblen Anwendungen.
