Härteprüfung Beschichtung
Bei der Härteprüfung von Beschichtungen wird die Widerstandsfähigkeit der Schicht gegenüber mechanischer Beanspruchung ermittelt. Die Härte ist ein wichtiger Kennwert für die Verschleißfestigkeit. Mithilfe der Härteprüfung kann die Widerstandsfähigkeit gegenüber Abrieb, Druck, Kratzern oder plastischer Verformung bewertet werden.
Zur Bestimmung der Härte wird gemessen, wie stark ein Prüfkörper unter definierter Prüfkraft in die Beschichtung eindringt. Die Messung kann entweder direkt auf der Beschichtungsoberfläche oder im Querschliff erfolgen, um die Eigenschaften der Schicht möglichst unabhängig vom Grundwerkstoff zu erfassen. Je nach Schichtdicke, Werkstoff und erforderlicher Ortsauflösung kommen unterschiedliche Prüfverfahren zum Einsatz. Während für dickere Schichten häufig Mikrohärteprüfungen verwendet werden, eignen sich für sehr dünne oder harte Beschichtungen insbesondere die Nanoindentation.
Wir führen als Steinbeis-Transferzentrum Härteprüfungen von Beschichtungen als Dienstleistung durch.
Die Härteprüfung von Beschichtungen dient der Ermittlung der Widerstandsfähigkeit gegenüber mechanischen Einflüssen bewertet werden. Sie liefert wichtige Erkenntnisse über die Belastbarkeit und Langlebigkeit einer Beschichtung im praktischen Einsatz. Darüber hinaus ermöglicht sie die Bewertung der Beschichtungsqualität, den Vergleich verschiedener Beschichtungssysteme und die Absicherung ihrer Eignung für spezifische Anwendungen. Somit ist die Härteprüfung ein wichtiger Bestandteil der Qualitätssicherung, der Werkstoffentwicklung und der Schadensprävention bei beschichteten Bauteilen
- Galvanische Beschichtungen
- Chromschichten
- Zinkschichten
- Eloxalschichten
- Oxidschichten
- Pulverbeschichtungen
- PVD-Beschichtungen
- CVD-Beschichtungen
- Lackschichten
- Thermische Spritzschichten
Wird die Härte von Beschichtungen von der Oberfläche aus bestimmt, dann muss die minimale Eindringtiefe des Prüfkörpers größer als die Rauheit sein und gleichzeitig deutlich kleiner als die Schichtdicke. Nach ISO 14577-4:2016 muss die Eindringtiefe mindestens das 20fache von dem arithmetischen Mittelwert der Rauheit Ra bzw. das 3 fache der maximalen Höhe der Rauheit Rz betragen. Bei der maximalen Eindringtiefe unterscheidet man:
- für harte Beschichtung auf weichem Substrat nach ISO 14577-1:2015: Eindringtiefe h < 1/10 der Schichtdicke d (Bückle-Regel)
- für weiche Beschichtung auf hartem Substrat: Eindringtiefe h < 1/3 der Schichtdicke d
Die in den Normen angegebenen maximalen Eindringtiefen sind nur Orientierungswerte für die maximale Eindringtiefe. Die optimale Eindringtiefe muss durch Messungen bestimmt werden, indem durch einen ansteigenden Prüfkraftverlauf die Tiefe ermittelt wird, bei der die Schichthärte nahezu unabhängig von der Eindringtiefe ist.
Zur Bestimmung der Härte im Querschliff muss zunächst der Querschnitt freigelegt und präpariert werden. Dazu wird aus dem zu prüfenden Bauteil mit einem Präzisionstrennschleifer eine Probe entnommen, in eine Einbettmasse eingebettet, geschliffen und ggf. poliert. Anschließend werden die Härteprüfpunkte exakt in die Querschnittsfläche der Beschichtung gesetzt.
Härteprüfung im Querschliff mittels Nanoindentation
Ergebnisse für Härteprüfung Beschichtung
Galvanische Beschichtungen entstehen durch elektrochemische Abscheidung von Metallen auf leitfähigen Werkstoffen. Sie dienen vor allem dem Korrosionsschutz und der Verbesserung der Oberfläche.
Beispiele:
- Leiterplatten in der Elektronik (Kupferbeschichtung)
- Steckkontakte (Vergoldung für bessere Leitfähigkeit)
- Hydraulikkomponenten (Korrosionsschutz)
Chromschichten werden meist galvanisch aufgebracht und bieten hohe Härte sowie Verschleiß- und Korrosionsschutz. Sie werden oft für dekorative oder technische Zwecke eingesetzt.
Beispiele:
- Kolbenstangen in Hydraulikzylindern
- Walzen in der Druckindustrie
- Formenbau (Verschleißschutz)
Zinkschichten schützen Stahl vor Korrosion, da Zink als „Opferanode“ wirkt und zuerst oxidiert. Sie werden häufig durch galvanisches Verzinken oder Feuerverzinken erzeugt.
Beispiele:
- Karosserieteile in der Automobilindustrie
- Befestigungselemente im Maschinenbau
- Stahlkonstruktionen im Außenbereich
Eloxalschichten entstehen durch anodische Oxidation von Aluminium und bilden eine harte, schützende Oxidschicht. Sie sind korrosionsbeständig und dekorativ einfärbbar.
Beispiele:
- Gehäuse von Mess- und Steuergeräten
- Luftfahrtbauteile aus Aluminium
- Führungen in Automationsanlagen
Oxidschichten bilden sich durch Reaktion von Metallen mit Sauerstoff und können gezielt erzeugt werden. Sie schützen oft vor weiterer Korrosion oder verbessern Eigenschaften wie Haftung.
Beispiele:
- Schutzschichten
- Halbleiterbauelemente
- Hochtemperaturbauteile
Pulverbeschichtungen werden elektrostatisch aufgetragen und anschließend eingebrannt, wodurch eine robuste, gleichmäßige Schicht entsteht. Sie sind besonders umweltfreundlich, da keine Lösungsmittel nötig sind.
Beispiele:
- Gehäuse von Elektroschränken
- Landmaschinenbauteile
- Metallmöbel für Industrie
PVD (Physical Vapor Deposition) ist ein Vakuumverfahren, bei dem Materialien verdampft und als dünne Schicht abgeschieden werden. Diese Schichten sind sehr hart und verschleißfest.
Beispiele:
- Schneidplatten in der Zerspanung
- Medizintechnische Instrumente
- Beschichtungen in der Mikroelektronik
CVD (Chemical Vapor Deposition) basiert auf chemischen Reaktionen in der Gasphase, die eine feste Schicht auf der Oberfläche bilden. Die Schichten sind meist sehr gleichmäßig und temperaturbeständig.
Beispiele:
- Beschichtung von Werkzeugen
- Herstellung von Solarzellen
- Schutzschichten
Lackschichten sind flüssig aufgetragene Beschichtungen, die nach dem Trocknen oder Aushärten eine schützende und dekorative Schicht bilden. Sie schützen vor Korrosion, UV-Strahlung und mechanischen Einflüssen.
Beispiele:
- Beschichtung von Maschinengehäusen
- Korrosionsschutz für Tanks und Rohrleitungen
- Schiffsbeschichtungen (Antifouling-Lacke)
Bei thermischen Spritzschichten werden geschmolzene oder erhitzte Partikel auf eine Oberfläche gespritzt und erstarren dort. Sie dienen oft als Verschleiß-, Korrosions- oder Wärmeschutz.
Beispiele:
- Beschichtung von Turbinen (z. B. Wärmedämmschichten)
- Verschleißschutz von Pumpen und Ventilen
- Reparatur von Wellen und Lagerstellen
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