Accessible Requires Authentication Published by De Gruyter February 4, 2020

3-Dimensional Imaging of Macroscopic Defects in Aluminum Alloys: Image Reconstruction in 3D using Milling and Optical Microscopy

Dreidimensionale Darstellung makroskopischer Defekte in Aluminiumlegierungen: 3D-Bildrekonstruktion mithilfe von Frästechnik und optischer Mikroskopie
W. Grünewald and J. DeRose
From the journal Practical Metallography

Abstract

The investigation of macroscale defects in aluminum (Al) alloys with a 3-dimensional (3D) imaging approach is described in this report. Aluminum (Al) alloys play an important role in the production of aircraft and vehicles, as well as products in other industries. Defects present in Al alloys used for the production of aircraft, vehicles, or other products can have a significant effect on their quality, performance, and lifetime. Characterization of Al alloys in 3D can lead to a better understanding of defect formation and how to minimize or eliminate it. To produce 3D images of defects in non-transparent Al alloy, the samples are milled in small steps (10 μm). Optical microscopy 2D images of the surface are recorded after a certain thickness of alloy (50 μm) is removed. From these 2D images, a 3D image of the Al alloy defect is reconstructed. The entire workflow for Al alloy sample preparation and 2D image recording is completed in a very short time (1.5 h) using a single instrument, the EM TXP surface preparation system from Leica Microsystems. Typically, the completion of such a workflow with more common sample preparation methods would be 3 to 6 times longer. Finally, 3D image reconstruction is done using the LAS X 3D Visualization software.

Kurzfassung

In dieser Arbeit wird die Untersuchung makroskaliger Defekte in Aluminium-(Al)-Legierungen mithilfe eines Verfahrens der dreidimensionalen (3D) Bildgebung beschrieben. Aluminium-(Al)-Legierungen spielen in der Herstellung von Flugzeugen bzw. Fluggerät und Kraftfahrzeugen sowie Produkten anderer Branchen eine wichtige Rolle. Defekte in Al-Legierungen, die bei der Fertigung von Flugzeugen bzw. Fluggerät, Fahrzeugen oder anderen Produkten verwendet werden, können sich wesentlich auf deren Qualität, Leistung und Lebensdauer auswirken. Eine 3D-Charakterisierung von Al-Legierungen kann zu einem besseren Verständnis der Defektbildung beitragen und aufzeigen, wie diese Defekte minimiert oder beseitigt werden können. Zur Erzeugung von 3D-Bildern von Defekten in einer nicht transparenten Al-Legierung werden die Proben in kleinen Schritten (10 μm) gefräst. Nach dem Abtragen einer bestimmten Dicke der Legierung (50 μm) werden 2D-Lichtmikroskopbilder der Oberfläche aufgenommen. Anhand dieser 2D-Bilder wird ein 3D-Bild des Defekts in der Al-Legierung rekonstruiert. Alle Arbeitsschritte der Präparation der Al-Legierungsprobe und der 2D-Bildaufzeichnung sind unter Verwendung eines einzigen Instruments, des EM TXP-Oberflächenpräparationssystems von Leica Microsystems, in sehr kurzer Zeit (1,5 h) abgeschlossen. Unter Anwendung herkömmlicher Probenpräparationsverfahren würde der Arbeitsablauf 3 bis 6-mal mehr Zeit in Anspruch nehmen. Die 3D-Bilder werden schließlich mithilfe der Visualisierungssoftware LAS X 3D rekonstruiert.


Übersetzung: E. Engert


References / Literatur

[1] DeRose, J.A.; Suter, T.; Hack, T.; Adey, R.: Eds. “Aluminium Alloy Corrosion of Aircraft Structures: Modelling and Simulation” (Wit Press, Southampton, UK, 2012); ISBN: 978-1-84564-752-0; https://www.witpress.com/books/978-1-84564-752-0 Search in Google Scholar

[2] PuncreobutrC.; Lee, P. D.; Hamilton, R. W.; Phillion, A. B.: “Quantitative 3D Characterization of Solidification Structure and Defect Evolution in Al Alloys”, Journal of The Minerals, Metals & Materials Society (2012) vol. 64, iss. 1, 899510.1007/s11837-011-0217-9 Search in Google Scholar

Received: 2019-01-10
Accepted: 2019-11-27
Published Online: 2020-02-04
Published in Print: 2020-02-14

© 2020, Carl Hanser Verlag, München