Mittelmanganstähle sind Stähle mit einem Mangangehalt von über 4 Gew.-% und zeichnen sich durch eine außergewöhnliche Kombination aus hoher Festigkeit und guter Duktilität aus. Sie zählen zur dritten Generation der Advanced High Strength Steels (AHSS) und eröffnen ein breites Anwendungsspektrum von der Automobilindustrie bis hin zu Schmiedekomponenten.
Aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzung, am Übergang von niedrig- zu hochlegierten Stählen, weisen Mittelmanganstähle jedoch eine erhöhte Anfälligkeit gegenüber Oxidation auf. Besonders während der Wärmebehandlung begünstigt die hohe Sauerstoffaffinität des Mangans die Bildung ausgeprägter Oxidschichten. Um deren Entstehung zu hemmen und die Stahloberfläche für weiterführende Anwendungen vorzubereiten, sind gezielte Oberflächenbehandlungen erforderlich. Dabei wird die Bildung der Oxidschichten sowie deren spezifischer Oxidphasen systematisch untersucht und durch Variation der Wärmebehandlungsparameter beeinflusst.
Für die Charakterisierung der gebildeten Oxidschichten, beispielsweise mittels Rasterelektronenmikroskopie, EDX und EBSD, ist eine präzise und schädigungsfreie Präparation erstrebenswert. Der Fokus liegt auf dem Erhalt der Oxidschicht und ihrer Anbindung an das Grundmaterial. Erste Vorversuche mit verschiedenen Stahlproben zeigten, dass konventionelle Präparationsmethoden – insbesondere das Einbetten – häufig zu Ablösungen und Schädigungen der Oxidschicht führen. Auch das galvanische Aufbringen von Stützschichten, etwa durch Verkupfern oder Vernickeln, zeigte nach der klassischen Präparation ähnliche nachteilige Effekte.
Im Rahmen der Methodenentwicklung erwies sich die Präparation mittels Argon-Ionen als geeignet. Zu Beginn war es notwendig, die optimalen Parameter sowie eine geeignete Vorpräparation zu erarbeiten. Es stellte sich heraus, dass die Nutzung von dünnen Silizium-Wafern wesentlich ist, um Abrundung direkt an der Oberfläche der Oxidschicht zu vermeiden und einen gleichmäßigen Ionenabtrag zu erreichen. Die so präparierten Proben unterscheiden sich nicht nur in ihrer Form, sondern auch hinsichtlich ihrer Eigenschaften deutlich von eingebetteten metallografischen Schliffen. Durch Vermeidung von Einbettung konnten typische Probleme, z.B. bei rasterelektronenmikroskopischen Untersuchungen – wie unzureichende Ladungsableitung, Aufladungen oder Drift – erfolgreich vermieden werden.