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Korrosion thermisch gespritzter Schichten auf der Basis von Aluminiumoxid
Authors: Stahr C.C. , Berger L.‐M. , Toma F.‐L. , Herrmann M. , Deska D. , Michael G. 
Published: January 2009

AbstractIn dieser Arbeit werden Untersuchungsergebnisse zur Korrosion thermisch gespritzter Schichten aus dem System Al2O3/TiO2 (Al2O3, Al2O3‐3 %TiO2, Al2O3‐40 %TiO2 und Al2TiO5) vorgestellt. Die Proben wurden durch Spritzen mit APS und HVOF auf Substrate aus einem korrosionsbeständigen Stahl hergestellt. Die Charakterisierung der Schichten erfolgte an metallographischen Querschliffen am Lichtmikroskop und am REM bzw. an den Probenoberflächen vor und nach den Korrosionsuntersuchungen. Für die quantitative Bestimmung der Schichtporosität müssen REM‐Aufnahmen verwendet werden. Die Veränderungen der Phasenzusammensetzungen durch den Spritzprozess wurden röntgenographisch untersucht. Die Korrosionsversuche wurden in Natriumhydroxid und Schwefelsäure (jeweils in 1N Lösung) bei Raumtemperatur, 60 °C und 85 °C durchgeführt. Entgegen den Erwartungen erwiesen sich APS‐gespritzte Schichten als deutlich korrosionsbeständiger als HVOF‐gespritzte.
Potenziale von ionischen Flüssigkeiten als Elektrolyte in der Galvanotechnik
Authors: Böck R. 
Published: January 2009

AbstractDie galvanische Abscheidung von Metallen ist für eine Reihe von Schlüsselindustrien wie die Elektronik‐, Sensor‐, Optik‐, Automobil‐ und Flugzeugindustrie essentiell. Die Galvanotechnik, die sich bereits vor über 100 Jahren gründete, basiert fast ausnahmslos auf wässrigen Elektrolyten. Die Weiterentwicklung von neuartigen Werkstoffen und steigende Anforderungen an funktionale metallische Oberflächen begrenzen allerdings die Anwendungsmöglichkeiten von klassischen Elektrolytsystemen. Neue zusätzliche Einsatzbereiche für die Galvanotechnik könnten durch Weiterentwicklung und Optimierung von aprotischen Elektrolyten auf der Basis von ionischen Flüssigkeiten entstehen. In diesem Beitrag soll daher ein kurzer Einblick zu zukünftigen Einsatzmöglichkeiten von ionischen Flüssigkeiten als Elektrolyte für die Oberflächen‐ und Galvanotechnik gegeben werden. Nach einer kurzen Einführung zu ionischen Flüssigkeiten wird eine Übersicht zu einigen relevanten physikalisch‐chemischen Eigenschaften von ionischen Flüssigkeiten wie Metallsalzlöslichkeit, Viskosität und Leitfähigkeit gegeben. Ergänzend hierzu werden laboreigene Versuchsergebnisse zur Metallabscheidung von Aluminium, Kobalt und Palladium vorgestellt und diskutiert. Schwerpunkt liegt hierbei bei der Auswahl verschiedener Grundelektrolyte, Abscheideparameter und Struktur der Oberflächenmorphologie der hergestellten Metallniederschläge.
Herstellung und Untersuchung aufgedampfter Funktionsschichten zum Einsatz in modularen Mikrosensoren
Authors: Griesbach T. , Gatzen H.H. 
Published: January 2009

AbstractEin neues Konzept zielt auf die Entwicklung genetisch intelligenter (“gentelligentTM”) Bauteile, die Produktions‐ oder Anwenderdaten an ihre nächste Generation vererben. Zur Unterstützung dieses Ansatzes ist es notwendig, vom Bauteilunterschiedliche Messdaten zu erfassen. Hierzu befindet sich eine modular aufgebaute Familie von Mikrosensoren in der Entwicklung, die der Messung von Dehnung, Kraft, magnetischen Eigenschaften und Temperatur dient. Komponenten dieser Mikrosensoren sind Funktionsschichten und Schichtstrukturen. Besondere Flexibilität bei der Herstellung von dünnen Schichten bietet das Verdampfen im Vakuum. Dieses Beschichtungsverfahren ermöglicht es, höchst unterschiedliche Werkstoffe wie Leiter, Isolatoren oder Legierungen zur Erzeugung von Funktionsschichten herzustellen. Diese Arbeit beschreibt die Technologieentwicklung zum Aufbau von temperaturempfindlichen, metallischen Funktionsschichten aus Cu und Pt mittels Elektronenstrahlverdampfens sowie von isolierenden SiO2‐ Schichten mittels thermischen Verdampfens. Bei Letzterem erfolgt ein Verdampfen von granularem SiO und dessen thermischer Oxidation zu SiO2.
Herstellung HVOF gespritzter, feinststrukturierter Cermetschichten unter Verwendung von feinen WC‐12Co Pulvern
Authors: Tillmann W. , Vogli E. , Baumann I. 
Published: January 2009

AbstractDie zunehmende Steigerung von Produktivität und Leistung moderner Blechumformprozesse verbunden mit dem Einsatz neuartiger, hochfester Werkstoffe führt vielfach zu hohem Verschleiß an den Werkzeugsystemen. Beschichtungsverfahren wie das thermische Spritzen bieten hier ein hohes Anwendungspotenzial zur Funktionalisierung beziehungsweise zum Schutz der Funktionsflächen. Es muss jedoch sichergestellt sein, dass die hohen Form‐ und Maßgenauigkeiten der Werkzeugkonturen auch nach Auftrag einer Verschleißschutzschicht erhalten bleiben. Dieses Ziel lässt sich unter Einsatz der derzeit applizierten, thermisch gespritzten Schichtsysteme mit konventioneller, grobkörniger Mikrostruktur kaum realisieren. Um der genannten Problemstellung entgegenzutreten, wurden im Rahmen dieser Studie neuartige, feinststrukturierte Verschleißschutzschichten durch das thermische Verspritzen von feinen WC‐12Co Pulvern (– 8 + 1 μm) mittels HVOF entwickelt. Dabei wurde der Einfluss unterschiedlicher Brenngaszusammensetzungen auf den HVOF‐Prozess, sowie auf die korrespondierenden Schichteigenschaften untersucht. Neben einer hohen Oberflächengüte lagen die gewünschten Zieleigenschaften der Schichten vor allem in einer hohen Härte bzw. in einer korrespondierend hohen Verschleißbeständigkeit, einer geringen Porosität, sowie einer guten Haftung auf dem Substratmaterial.
Mikrostruktur und Eigenschaften lichtbogengespritzter Schichten auf Eisenbasis
Authors: Bobzin K. , Schläfer T. , Richardt K. , Zhao L. , Kutschmann P. 
Published: January 2009

AbstractNeuartige eisenbasierte Lichtbogenspritzwerkstoffe stellen eine viel versprechende wirtschaftliche Alternative zu konventionellen Karbidwerkstoffen für Verschleißschutzanwendungen dar. Derzeit werden unterschiedliche Ansätze verfolgt, die Eigenschaften der aufgebrachten Funktionsschichten durch die Variation der Drahtzusammensetzung zu verbessern. Besonderes Interesse gilt dabei der Beeinflussung der Kristallstruktur und der Hartphasengrößen im resultierenden Gefüge. Das Ziel besteht darin, Spritzschichten mit einem Amorphphasenanteil sowie einer Submikro‐ und Nanostruktur zu erreichen, deren Ausbildungen durch die hohen Abkühlgeschwindigkeiten des im Prozess auf‐ und angeschmolzenen Spritzwerkstoffs im Moment des Aufpralls auf das Bauteil begünstigt werden. Die dadurch erzielten Schichten zeichnen sich durch eine hohe Härte, einen hohen Korrosions‐ und Verschleißwiderstand aus.Die vorliegende Arbeit befasst sich mit eisenbasierten Spritzschichten, die durch Lichtbogenspritzen hergestellt wurden. Durch den Einsatz von Fülldrähten mit modifizierter Legierungszusammensetzung wird die Bildung der Amorphphase sowie der Submikro‐ und Nanostruktur begünstigt. Die Füllung der Lichtbogenspritzdrähte basiert auf FeB mit einer Zusammensetzung nahe dem Eutektikum, die durch Zumischen von Cr3C2, FeSi, FeCrC und AlMg variiert werden. Durch das Zulegieren von Legierungselementen wie Cr, C, Si, Al und Mg soll die Bildung der Amorphphase weiter gefördert werden. Die hergestellten Schichten werden im Hinblick auf die resultierenden Schichteigenschaften und vorliegenden Phasen unter Variation der Legierungszusammensetzung der Fülldrähte analysiert. Es konnte durch XRD‐Analysen gezeigt werden, dass die gespritzten Schichten eine eisenbasierte amorphe Phase aufweisen.
Charakterisierung der Verbundschichten von magnetoelastischen Sensoren
Authors: Wielage B. , Mäder Th. , Weber D. , Mucha H. 
Published: January 2009

AbstractEine ortsauflösende Spannungs‐ und Dehnungssensortechnik soll durch die Nutzung magnetostriktiver Materialien auf der Oberfläche von Kohlenstoffeinzelfasern (C‐Fasern) und durch Mikrofeinstrukturierung dieser Schichten erzeugt werden. Die so hergestellten Sensoren sollen der elektronischen Überwachung des Belastungszustandes von sicherheits‐ oder servicerelevanten Faserverbundbauteilen dienen. Eine auf lokaler Gasphasenabscheidung und Mikrostrukturierung mittels der Focused Ion Beam (FIB)‐Technik beruhende Sensorfabrikationsmethode wurde gemeinsam mit dem Institut für Mikrotechnologie Hannover (imt) entwickelt. Mehrschichtig mittels CVD und PVD bedampfte und zusätzlich galvanisch beschichtete C‐Fasern weisen neuartige Eigenschaften auf, die im vorgestellten Vorhaben am Lehrstuhl für Verbundwerkstoffe (LVW) charakterisiert wurden. Insbesondere die Untersuchung der verschiedenen Schichten sowie deren Interfaces nehmen eine bedeutende Rolle ein.
Entwicklung einer niedrigschmelzenden Legierung und deren Applikation zum Korrosionsschutz hochfester Stähle
Authors: Merklinger V. , Wielage B. , Lampke Th. , Steinhäuser S. , Strobel C. 
Published: January 2009

AbstractNeben Zuverlässigkeit und Qualität sind vor allem Fahrzeugsicherheit und Wirtschaftlichkeit entscheidende Kriterien für den Automobilhersteller. Der Korrosionsschutz spielt dabei eine herausragende Rolle, da hierdurch die Lebens‐ und Gebrauchsdauer erhöht wird.Mit der Bereitstellung höchstfester Stahlqualitäten stehen Werkstoffe zur Verfügung, die auf Grund ihrer mechanischen Eigenschaften ein hohes Leichtbaupotenzial sowie ein sehr gutes Energieabsorptionsvermögen aufweisen. In Verbindung mit der Möglichkeit der Warmformgebung sind sie damit prädestiniert für die Herstellung komplizierter, beanspruchungsgerechter Formen im crashrelevanten Karosseriebereich. Der Einsatz dieser Stahlqualitäten erfolgt bislang in Strukturbauteilen, die mit einem Schmelztauchüberzug aus FeAl7, sog. Usibor, vor Korrosion geschützt sind. Jedoch besteht zurzeit keine serienreife Lösung für den nachträglichen Korrosionsschutz von bereits warmumgeformten Bauteilen. Deshalb wurde ein Korrosionsschutzsystem auf Basis des herkömmlichen Schmelztauchverzinkungsprozesses entwickelt und appliziert. Zunächst wurde das Entfestigungsverhalten des höchstfesten Substrats 22MnB5 analysiert. Anschließend wurde ein Legierungssystem entwickelt und appliziert. Die so entstandenen Korrosionsschutzschichten wurden hinsichtlich ihrer Struktur und des Korrosionsschutzpotenzials charakterisiert. Im Ergebnis tritt eine deutliche Verbesserung des Korrosionsverhaltens ein.
Development and characterization of sol‐gel composite coatings on aluminum alloys for corrosion protection
Authors: Lampke Th. , Darwich S. , Nickel D. , Wielage B. 
Published: January 2009

AbstractFor several years, CrIV compounds were used as effective and inexpensive corrosion inhibitors. Studies showed that these materials were toxic and carcinogenic. This has led to extensive research to develop alternative inhibitors. Organo‐silicate hybrid coatings appeared as an effective technique for forming protective layers on different metal alloys. A silane film was obtained by dip coating of the sample in sol solution prepared from the hydrolysis of 3‐glycidoxypropyltrimethoxysilane (GPTM), tetraethylorthosilicate (TEOS) with acid as catalyst and water as solvent instead of VOC (volatile organic compound). The sol solution was aged at ambient temperature to to enhance the effectiveness of the solution for the hydrolysis process. The sample was cured at 150 °C to ensure cross‐linking of the film. The experiments have shown that heat treatment leads to increased density and corrosion resistance of the films. Organic and inorganic inhibitors were added in different concentrations to improve the protection and self‐healing properties of the coating even after long‐time immersion in corrosive solution. The protection performance of the film was evaluated by electrochemical impedance spectroscopy (EIS) in 0.5 M NaCl solution (pH value 7). The surface morphologies of the treated samples were investigated using SEM.
Eigenschaften und Anwendungen von Chemisch Nickel‐Dispersionsschichten
Authors: Meyer J. 
Published: January 2009

AbstractIn diesem Beitrag werden verschiedene Chemisch Nickel‐Dispersionsschichten vorgestellt, die bereits Verwendung in den unterschiedlichsten Industriebereichen finden. Die Dispersionsbeschichtung bietet die Möglichkeit, durch Kombination der Schicht‐ und Partikeleigenschaften vollkommen neue Schichteigenschaften einzustellen.Dispersionsschichten mit eingelagerten Hartstoffen erhöhen die Verschleißbeständigkeit und bieten die Möglichkeit zur Einstellung definierter Reibwerte. Diese Schichten sind in der Textil‐ und Automobilindustrie sowie im Maschinenbau seit vielen Jahren etabliert.Ein bedeutendes Einsatzgebiet für die Diamantbeschichtungen stellen die kraftschlüssigen Verbindungen in Kfz‐Verbrennungsmotoren dar. Da zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle eine genaue Winkeljustierung erforderlich ist, werden dort kraftschlüssige Stirnpressverbindungen mit einer Zentralschraube eingesetzt. Ein Versagen derartiger Verbindungen kann kostspielige Motorschäden nach sich ziehen. Durch den Einsatz beidseitig diamantbeschichteter Folien lässt sich die Drehmomentübertragungsfähigkeit dieser sicherheitsrelevanten Motorenbauteile erheblich erhöhen. Chemisch Nickel‐Dispersionsschichten mit gröberen Diamantpartikeln werden in der Halbleiterindustrie für die Beschichtung von Präzisionswerkzeugen eingesetzt. Durch die Einlagerung von Festschmierstoffen können die Reibungseigenschaften von Chemisch Nickel‐Schichten verbessert werden. Dispersionsschichten mit eingelagerten PTFE‐ oder PFA‐Partikeln ermöglichen die Einstellung antiadhäsiver Oberflächeneigenschaften, verhindern das Ruckgleiten von Materialpaarungen und können einen wirksamen Schutz vor Adhäsivverschleiß bieten. Aufgrund der limitierten Temperaturbeständigkeit und Festigkeit der eingelagerten Festschmierstoffe sind die Anwendungen dieser Schichten auf Beanspruchungen mit niedrigen Belastungs‐ und Temperaturkollektiv beschränkt.Chemisch Nickel‐Schichten mit eingelagertem Bornitrid (h‐BN) ertragen deutlich höhere Temperaturen (bis 600 °C) und Belastungen. Diese Schichten können die Reibung und den Verschleiß in dynamischen Anwendungen drastisch reduzieren. Eine weitere etablierte Anwendung ist die Beschichtung von Spritzgusswerkzeugen in der Kunststoffindustrie.
Schichtentwicklung für die schmiermittelfreie Umformung von hochfesten Aluminiumwerkstoffen
Authors: Wielage B. , Wank A. , Rupprecht C. , Schmidt G. , Stark S. 
Published: January 2009

AbstractMassiv umgeformte Bauteile aus hochfestem Aluminium gewinnen im Leichtbau zunehmend an Bedeutung. Aufgrund ökonomischer und ökologischer Aspekte wird bei der Herstellung ein geringer Einsatz bzw. ein Verzicht von Schmiermitteln angestrebt. Um dieser Forderung auch bei hohen Umformkräften gerecht zu werden, um geringe Reibwerte einzustellen und Anhaftungen von Aluminium am Werkzeug zu vermeiden, müssen die Werkzeugoberflächen modifiziert, d. h. randschichtbehandelt oder beschichtet werden [1–7]. Um verschiedene Beschichtungskonzepte zu testen, wurden für die vorliegende Arbeit Proben mittels PVD‐ (Physical Vapour Deposition) und CVD‐Verfahren (Chemical Vapour Deposition) beschichtet und charakterisiert. Das Verhalten der Beschichtungen und die Auswirkungen auf den Umformvorgang wurden mit Hilfe mechanischer Tests und numerischer Berechnungen untersucht. Für die Dünnschichtsysteme TiCN, TiC‐TiN und DLC auf Stahl erfolgten die Bestimmung des E‐Modul, die Analyse von Versagensmechanismen und die Untersuchung des Schicht‐Substrat‐Verhaltens. Die mittels Simulation gewonnen Ergebnisse wurden mit dem realen Umformverhalten von Aluminiumlegierungen korreliert.
Herstellung, Mikrostruktur und Korrosionsverhalten der konventionellen und ultrafeinkörnigen Legierung EN AW‐6082
Authors: Wielage B. , Nickel D. , Lampke Th. , Alisch G. , Podlesak H. , Darwich S. , Hockauf M. 
Published: January 2009

AbstractDie Auswirkung der erzeugten Ultrafeinkörnigkeit auf das Korrosionsverhalten wurde am Beispiel einer kommerziell erhältlichen AlSi1MgMn‐Legierung (EN AW‐6082) im Vergleich zum grobkörnigen, also konventionellen Werkstoffzustand untersucht. Die Ergebnisse der elektrochemischen Experimente werden in Korrelation mit der Mikrostruktur vor und nach den entsprechenden Untersuchungen präsentiert. Die Quantifizierung der induzierten Korrosionsschädigung sowie die Korrosionskennwerte bezeugen die reduzierte Korrosionsanfälligkeit des Werkstoffs mit ultrafeinkörniger Mikrostruktur im Gegensatz zum grobkörnigen Ausgangszustand.
Applikation ausscheidungshärtender Bronzeschichten mittels Hochgeschwindigkeitsflammspritzen
Authors: Wielage B. , Reisel G. , Brandt O. , Grund T. , Pokhmurska H. , Siebeck S. 
Published: January 2009

AbstractDie Verarbeitung ausscheidungshärtbarer Kupferlegierungen durch das Thermische Spritzen eröffnet die Möglichkeit Schichten mit den Eigenschaften der jeweiligen Massivmaterialien herstellen zu können. Damit können die üblichen Anwendungen dieser Werkstoffgruppe wirtschaftlicher gestaltet und neue Einsatzgebiete erschlossen werden. Mithilfe des Hochgeschwindigkeitsflammspritzverfahrens können dichte gut haftende Schichten der erprobten Legierungen hergestellt werden. Das Einstellen eines definierten Auslagerungszustandes kann durch eine thermische Nachbehandlung erfolgen. Die Verschleißfestigkeit der hergestellten Schichten ist für das verwendete Verfahren mit denen der Massivmaterialien vergleichbar und deutlich besser als bei Reinkupfer.
Aluminium‐Abscheidung aus aprotischen Elektrolyten – eine alte Idee in neuem Stil
Authors: Reinhold B. , Härtel M. , Angermann K. 
Published: January 2009

AbstractAluminiumorganische Verbindungen werden seit längerer Zeit zur galvanischen Beschichtung verschiedenartiger Werkteile mit Aluminium verwendet. Als geeignete Elektrolyte wurden solche Komplexverbindungen des Typs MX·2 AlR3 eingesetzt, die gelöst in flüssigen, aromatischen Kohlenwasserstoffen vorliegen. Bei Einsatz von Legierungsanoden oder bei getrennten Anodenkreisläufen können durch eine Modifizierung des Elektrolyts auch AlMg‐Legierungsschichten mit hoher Alkalibeständigkeit abgeschieden werden.Die Aluminium‐Überzüge weisen eine feinkristalline und porenarme Struktur auf. Aufgrund ihrer Duktilität und ihres hervorragenden Korrosionsverhaltens hat das Interesse an der galvanischen Aluminierung stark zugenommen, auch aufgrund des Umstandes, dass eine Wasserstoffversprödung bei der Abscheidung aus wässrigen Elektrolyten ausgeschlossen ist.Deshalb hat die galvanische Beschichtung aus aluminiumorganischen Elektrolyten hohe technische Bedeutung, die in zahlreichen Anwendungsbeispielen zum Ausdruck kommt.
Plasmaelektrolytische Oxidation thermisch gespritzter Aluminiumschichten
Authors: Wielage B. , Meyer D. , Pokhmurska H. , Alisch G. , Grund T. 
Published: January 2009

AbstractZur Eigenschaftsoptimierung thermisch gespritzter Schichten stehen verschiedene Nachbehandlungsverfahren zur Verfügung. In dieser Arbeit wird die plasmaelektrolytische Oxidation lichtbogengespritzter Aluminiumschichten auf Aluminiumsubstraten vorgestellt. Der Verschleißwiderstand der oxidierten Schichten wird mittels zweier Verschleißtests (ASTM G65 und ASTM C1624) beurteilt. Die Verschleißmechanismen werden anhand rasterelektronenmikroskopischer Untersuchungen ausgewertet. Die Ergebnisse der Verschleißuntersuchungen werden mit den PEO‐Prozessparametern und der Mikrostruktur der Oxidschichten verglichen.
Structure characterization of switched Ag – metal oxide contact materials
Authors: Ommer M. , Klotz U. E. , Fischer‐Bühner J. , Kempf B. , Wielage B. 
Published: January 2009

AbstractThe structural changes of several Ag ‐ metal oxide composites during switching operations were investigated. During the switching operation the contact material is melting and for a short moment (ca.10 ms) the metal oxide particles will be floating in the liquid silver resulting in structural changes. These processes affect the switching performance of contact materials and shall be described in this work. The low hardness of the Ag‐matrix requires careful sample preparation in order to avoid preparation artifacts and to reveal the actual structural features. This was achieved by a final step, in which the polished surface was ion beam etched. The samples will be analyzed by stereography, light microscopy, field emission scanning electron microscopy (FE‐SEM) and electron back scatter diffraction (EBSD). It was found that the structure of a switched material can be divided into four category regions: Firstly, the bulk material, secondly, a very small heat affected zone, thirdly, a broad fusion zone and finally, the surface layer. The fusion zone is characterized by large columnar grains, increasing porosity and oxide agglomeration towards the surface. These structural phenomena can only be revealed by ion beam etching, as will be illustrated by examples of selected contact material.
Water‐proton relaxivity of hyperbranched polymers carrying TEMPO radicals
Authors: Hayashi Hiroyuki , Karasawa Satoru , Tanaka Akihiro , Odoi Keisuke , Chikama Katsumi , Kuribayashi Hideto , Koga Noboru 
Published: January 2009

AbstractHigh water‐soluble hyperbranched poly(styrene) (HPS) polymers carrying stable 2, 2, 6, 6‐tetramethylpiperidine‐1‐oxyl (TEMPO) radicals, HPS‐N‐TEMPO, HPS‐Im‐TEMPO, and HPS‐Im‐(TEMPO)2, were prepared in ca. 60% introducing yield. HPS‐N‐TEMPO and HPS‐Im‐TEMPO were determined to be nearly spherical shapes of the diameter of 2.4 ± 0.6 and 2.2 ± 0.6 nm, respectively, by transmission electron microscope (TEM) images. The values of water‐proton relaxivity, r1, at 25 MHz, 0.59 T, and 25 °C were 6.0, 5.2, and 14 mM−1 sec−1 for HPS‐N‐TEMPO, HPS‐Im‐TEMPO, and HPS‐Im‐(TEMPO)2, respectively. The spin‐lattice relaxation time (T1)‐weighted images in phantom were also observed. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.
On the capillary stress tensor in wet granular materials
Authors: Scholtès L. , Hicher P.‐Y. , Nicot F. , Chareyre B. , Darve F. 
Published: January 2009

AbstractThis paper presents a micromechanical study of unsaturated granular media in the pendular regime, based on numerical experiments using the discrete element method, compared with a microstructural elastoplastic model. Water effects are taken into account by adding capillary menisci at contacts and their consequences in terms of force and water volume are studied. Simulations of triaxial compression tests are used to investigate both macro and micro‐effects of a partial saturation. The results provided by the two methods appear to be in good agreement, reproducing the major trends of a partially saturated granular assembly, such as the increase in the shear strength and the hardening with suction. Moreover, a capillary stress tensor is exhibited from capillary forces by using homogenization techniques. Both macroscopic and microscopic considerations emphasize an induced anisotropy of the capillary stress tensor in relation with the pore fluid distribution inside the material. Insofar as the tensorial nature of this fluid fabric implies shear effects on the solid phase associated with suction, a comparison has been made with the standard equivalent pore pressure assumption. It is shown that water effects induce microstructural phenomena that cannot be considered at the macro level, particularly when dealing with material history. Thus, the study points out that unsaturated soil stress definitions should include, besides the macroscopic stresses such as the total stress, the microscopic interparticle stresses such as the ones resulting from capillary forces, in order to interpret more precisely the implications of the pore fluid on the mechanical behaviour of granular materials. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.