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A comprehensive study on the metallographic preparation of W-Re samples for high resolution electron-based microscopy

  • M. Sommerauer

    born in 1995, Ph.D. student at the Chair of Physical Metallurgy and Metallic Materials of the Montanuniversität Leoben. His research focuses on the thermomechanical fatigue of refractory metal alloys.

    , M. Siller , H. Clemens und V. Maier-Kiener
Veröffentlicht/Copyright: 4. März 2023
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Abstract

Modern day rotating X-ray anodes utilize a conversion layer comprised of a tungstenrhenium alloy. The thermomechanical loading of this layer during computed tomography operation introduces various signs of fatigue like cracking, roughening, melting, or microstructural changes. Previous work on preparing tungsten samples primarily considered intact thin films or bulk material. This work focuses on the metallographic preparation of the conversion layer surface, which represents the sample edge in polished cross-sectional cuts. The main goals were minimizing preparation artefacts and maximizing obtainable image quality during electron backscatter diffraction. Twelve preparation methods were compared with regard to edge rounding, chipping, and obtainable image quality. Coating the samples with a thin layer of molybdenum and adding a tungsten sheet for edge stabilization led to vastly improved results. Chemical-mechanical polishing of such a sample gave the most balanced set of considered benchmarks.

Kurzfassung

Bei modernen Röntgendrehanoden kommt eine Konversionsschicht aus einer Wolfram-Rhenium-Legierung zum Einsatz. Die thermomechanische Beanspruchung dieser Schicht im Rahmen der Computertomographie führt zu verschiedenen Ermüdungserscheinungen, beispielsweise Rissbildung, Aufrauung, Aufschmelzen oder Veränderungen im Gefüge. In früheren Arbeiten zur Präparation von Wolframproben wurden überwiegend intakte Dünnschichten oder Bulkmaterialien betrachtet. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der metallographischen Präparation der Oberfläche der Konversionsschicht, die in Querschliffen der Probenkante entspricht. Primäre Ziele der Arbeit waren eine Minimierung von Präparationsartefakten und das Maximieren der im Rahmen der Elektronenrückstreubeugung erreichbaren Bildqualität. Dabei wurden zwölf Präparationsverfahren hinsichtlich der entstehenden Kantenverrundung, Absplitterungen und erreichbaren Bildqualität miteinander verglichen. Wurden die Proben mit einer dünnen Schicht aus Molybdän beschichtet und ein Wolframblech zur Kantenstabilisierung aufgebracht, konnten deutlich verbesserte Ergebnisse erzielt werden. Wurde eine solche Probe chemisch-mechanisch poliert, brachte dies die ausgewogenste Kombination aus betrachteten Richtwerten hervor.

About the author

M. Sommerauer

born in 1995, Ph.D. student at the Chair of Physical Metallurgy and Metallic Materials of the Montanuniversität Leoben. His research focuses on the thermomechanical fatigue of refractory metal alloys.

5

5 Acknowledgements

The author would like to express his gratitude towards Ing. Karl-Heinz Pichler (Chair of Functional Materials and Materials Systems) for the help regarding coating the samples with thin Mo layers, as well as towards Dipl.-Ing. Michael Wurmshuber (Chair of Materials Physics). The latter gave his support for the EBSD scans.

5

5 Danksagung

Der Autor möchte sich bei Ing. Karl-Heinz Pichler (Lehrstuhl für Funktionale Werkstoffe und Werkstoffsysteme) für dessen Hilfe beim Aufbringen der Mo-Dünnschichten auf die Proben sowie bei Dipl.-Ing. Michael Wurmshuber (Lehrstuhl für Materialphysik) für die Unterstützung mit den EBSD-Scans bedanken.

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Received: 2022-11-23
Accepted: 2022-12-20
Published Online: 2023-03-04
Published in Print: 2023-02-28

© 2023 Walter de Gruyter GmbH, Berlin/Boston, Germany

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