Forscher im Kampf gegen Korrosion

Korrosion unter dem Mikroskop

Atomsonden-Bilder der verschiedenen Stahlproben: Links ist die amorphe Probe (Glas), nach rechts hin werden die Proben durch zwischenzeitliches Erwärmen immer kristalliner. Die Chrom-reichen Gebiete sind blau, die Molybdän-reichen rot gefärbt. Bild vergrößern
Atomsonden-Bilder der verschiedenen Stahlproben: Links ist die amorphe Probe (Glas), nach rechts hin werden die Proben durch zwischenzeitliches Erwärmen immer kristalliner. Die Chrom-reichen Gebiete sind blau, die Molybdän-reichen rot gefärbt. [weniger]

Beim Erhitzen werden die Atome wieder beweglich und sortieren sich um. In den 620-Grad-Proben entstand so eine Stahlmasse, die noch recht gleichmäßig war. Doch in ihr begannen sich schon kleine Kristallite zu bilden, die reich an Chrom waren. Und es formten sich auch kleine Bereiche, in denen sich Molybdän ansammelte. Bei den 650-Grad-Proben sind die jeweils Chrom- und Molybdän-reichen Regionen stärker ausgeprägt; in den 800-Grad-Proben haben sie sich schließlich in zwei Sorten großer Kristallite getrennt. Die eine Sorte ist reich an Chrom, die andere an Molybdän. „Diese zwei Phasen sind typisch für Stähle“, erklärt Klemm.

Um sich den Angriff der Korrosion Atom für Atom „ansehen“ zu können, musste das Düsseldorfer Team mehrere trickreiche Methoden einsetzen. Leider sind einzelne Atome winzig, sie haben nur wenige Zehntel Nanometer (Milliardstel Meter) Durchmesser. Elektronenmikroskope können sie zwar abbilden. Sie können aber nur schwer anzeigen, um welche chemischen Elemente es sich handelt. Das ist aber wichtig, um die Korrosion als chemische Reaktion zu verstehen. Deshalb mussten die Forscher anders vorgehen, um den genauen chemischen Aufbau ihrer Proben dreidimensional sichtbar zu machen.

Jazmin Duarte setzt dafür modernste Technik ein. Die Funktion des „Mikroskops“ übernimmt eine sogenannte Atomsonde. Für diese Sonde müssen die Forscherinnen erst feine Stücke aus den Proben heraus „stanzen“. Diese winzigen Nadeln haben Durchmesser von nur zehn bis hundert Nanometern (Milliardstel Meter). Die Forscherinnen setzen sie mit sogenannten Mikromanipulatoren in die Atomsonde ein. Diese Sonde legt ein starkes elektrisches Feld an die Proben an. Dann lassen kräftige elektrische Pulse Schicht für Schicht Atome verdampfen. Die Atome verlieren dabei Elektronen und werden als elektrisch geladene Ionen zu einem Detektor hin beschleunigt. Dort erzeugen sie beim Auftreffen ein elektrisches Signal. Aus der Flugzeit zwischen dem elektrischen Puls und dem Detektorsignal kann der Computer die Masse jedes Ions errechnen. Sie besagt eindeutig, um welches chemische Element es sich handelt. Außerdem erfasst der Detektor die Richtung, aus der das Ion einschlägt. Damit kann der Computer präzise rekonstruieren, an welcher Stelle das Atom zuvor in der Probe saß. So können die Düsseldorfer den inneren Aufbau ihrer Proben mikroskopisch genau entschlüsseln.

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