Härteprüfung Beschichtungen
Die Härteprüfung von Beschichtungen ist wichtig, um die mechanischen Eigenschaften und die Haltbarkeit von auf Oberflächen aufgebrachten Beschichtungen zu bewerten. Beschichtungen können auf verschiedene Materialien wie Metalle, Kunststoffe, Keramiken oder Glas aufgetragen werden, um sie vor Korrosion, Abrieb, Verschleiß, chemischen Einflüssen oder anderen Umwelteinflüssen zu schützen. Die Härteprüfung ermöglicht es, die Wirksamkeit und Qualität dieser Beschichtungen zu beurteilen.
Hier sind einige Gründe, warum die Härteprüfung von Beschichtungen wichtig ist:
- Qualitätskontrolle: Die Härteprüfung hilft dabei, die Qualität von aufgetragenen Beschichtungen zu überwachen. Eine Beschichtung mit ausreichender Härte bietet einen besseren Schutz und widersteht Abrieb, Kratzern und anderen Schädigungen besser.
- Haltbarkeit: Die Härteprüfung gibt Aufschluss darüber, wie widerstandsfähig eine Beschichtung gegenüber mechanischen Belastungen ist. Eine widerstandsfähige Beschichtung ist in der Lage, ihre strukturelle Integrität über einen längeren Zeitraum aufrechtzuerhalten.
- Korrosionsschutz: Beschichtungen werden oft verwendet, um Metalle vor Korrosion zu schützen. Die Härteprüfung kann Aufschluss darüber geben, wie gut eine Beschichtung in der Lage ist, das darunterliegende Material vor chemischen Einflüssen zu bewahren.
- Haftfestigkeit: Die Härteprüfung kann auch Informationen über die Haftfestigkeit einer Beschichtung auf dem Substrat liefern. Eine gute Adhäsion ist entscheidend, um sicherzustellen, dass die Beschichtung nicht abblättert oder sich löst.
- Verschleißfestigkeit: Die Fähigkeit einer Beschichtung, Verschleiß und Reibung standzuhalten, ist von großer Bedeutung, insbesondere in Anwendungen, in denen die Oberfläche ständigem Abrieb ausgesetzt ist. Die Härteprüfung kann Aufschluss über die Verschleißfestigkeit geben.
- Werkstoffentwicklung: In der Forschung und Entwicklung von Beschichtungsmaterialien ist die Härteprüfung ein wichtiger Parameter. Sie ermöglicht es, neue Beschichtungszusammensetzungen und -technologien zu bewerten und zu optimieren.
Es gibt verschiedene Methoden zur Härteprüfung von Beschichtungen. Die Wahl der geeigneten Methode hängt von den spezifischen Anforderungen der Anwendung und den Eigenschaften der Beschichtung ab. Als Auftragslabor bieten wir im Steinbeis-Transferzentrum Härteprüfungen an Beschichtungen als Dienstleistung an.
Beispiele Beschichtungen
- PVD-Schichten
- CVD-Schichten
- Galvanische Schichten
- Eloxalschichten
- Dünnschichten
- Lacke
Was bietet unser Steinbeis-Transferzentrum?
1. Prüfung mit höchster Präzision
Moderne Prüfgeräte ermöglichen es, die Härte von Bauteilen präzise zu bestimmen und auf die Anforderungen hin zu prüfen.
2. Fachkundige Expertise
Die Messungen werden von qualifizierten Mitarbeitern/innen, die Ihnen bei Fragen gerne zur Verfügung stehen.
3. Kundenzentrierter Ansatz
Jeder Auftrag ist individuell, daher sind unsere Analysen auf die jeweiligen kundenspezifischen Anforderungen zugeschnitten.
Kontaktieren Sie uns gerne für eine Härteprüfung von Beschichtungen!
Optimieren Sie Ihre Beschichtungen und Beschichtungsprozesse durch genaue Informationen über die Härte der Beschichtung. Kontaktieren Sie uns, um mehr über unsere Dienstleistungen zu erfahren oder ein individuelles Angebot für Ihre Anforderungen zu erhalten.
Gerne erstellen wir Ihnen ein Angebot für die Härteprüfung von Beschichtungen.
Härteprüfverfahren
Die Härte der Beschichtung kann von der Oberfläche aus oder im polierten Querschliff bestimmt werden. In Abhängigkeit von der Härte und der Schichtdicke kommen verschiedene Verfahren zum Einsatz:
- Instrumentierte Eindringprüfung nach ISO 14577
- Härteprüfung nach Knoop nach ISO 4545
- Bleistift-Härteprüfung nach ISO 15184
- Buchholz-Härteprüfung nach ISO 2815
Instrumentierte Eindringprüfung
Die instrumentierte Eindringprüfung ist die gebräuchlichste Methode zur Bestimmung der Härte einer Beschichtung. Je nach Größe der Prüfkraft spricht man von Mikrohärteprüfung oder Nanoindentation. Dabei werden die Kraft und die Eindringtiefe während der Prüfung kontinuierlich gemessen. Aus der aufgezeichneten Kraft-Weg-Kurve wird dann die Härte berechnet. Es gibt zwei Arten die Härte einer Beschichtung zu bestimmen:
- Härteprüfung von der Oberfläche
- Härteprüfung im Querschliff
Härteprüfung von der Oberfläche
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 soll die Eindringtiefe mindestens das 20fache von arithmetischen Rauheit Ra bzw. das 2-3 fache der maximalen Höhe des Rauheitsprofils Rz betragen. Bei der maximalen Eindringtiefe unterscheidet man:
- für harte Beschichtung auf weichem Substrat nach ISO 14577-1: 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 grobe 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.
Härteprüfung im Querschliff
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 Knoop
Von den optischen Prüfverfahren ist nur die Härteprüfung nach Knoop zur Bestimmung der Härte einer Beschichtung geeignet. Denn nur mit dem asymmetrisch pyramidenförmigen Diamanten als Prüfkörper wird ein ausreichend großer Eindruck für die lichtoptische Auswertung erzielt.
Bleistift Härteprüfung
Die Bleistifthärteprüfung dient zur Bestimmung des Widerstandes einer Beschichtungsoberfläche gegen das Eindringen bzw. Einkratzen mit einer Bleistiftspitze. Diese schnelle Prüfung ist geeignet, um die Härte weicher Beschichtungen miteinander zu vergleichen.
Buchholz Härteprüfung
Die Härteprüfung nach Buchholz dient zur Bestimmung des Eindruckwiderstandes von polymeren Beschichtungsstoffen (z. B. Lacken). Zur Bestimmung der Buchholzhärte wird das Härteprüfgerät auf eine Oberfläche aufgesetzt. Dort hinterlässt der Eindringkörper, ein scharfkantiges Stahlrädchen, einen Eindruck. Die Länge des Eindrucks wird mit einem Mikroskop gemessen und daraus die Schichthärte bestimmt.
Härteprüfung an Bauteilen
Welches Härteprüfverfahren?
Die Wahl des Härteprüfverfahrens wird durch die Art und Homogenität des Werkstoffs, das Gefüge, die Größe der Probe und seinen Werkstoffzustand bestimmt. Bei allen Härteprüfungen muss die Probe repräsentativ für das gesamte Gefüge sein. Eine Ausnahme davon ist, wenn man z.B. die Härte von verschiedenen Gefügebestandteilen bestimmen möchte. Aus diesem Grund sollte bei einem heterogenen Gefüge ein größerer Eindruck als bei einem homogenen Werkstoff erreicht werden. Für jede Härteprüfung gibt es eigene Normen, die genaue Informationen über das Verfahren und dessen genauen Ablauf beinhaltet.
Vickers Härteprüfung
- Homogene Werkstoffe mit niedriger bis hoher Härte.
- Für kleine bis große Werkstücke
- Härteverlaufsmessungen zur Ermittlung von Einhärtetiefen
- Härteverteilung über Schweißnahtbereiche
Brinell Härteprüfung
- Weiche Metalle (Aluminiumlegierungen, Kupferlegierungen, Blei, Zinn) bis hin zu mittelharten Metallen (vergütete Stähle)
- Werkstoffe mit grober oder inhomogener Kornstruktur
Rockwell Härteprüfung
- Bauteile mittlerer bis hoher Härte, z.B. durchgehärtete oder tief randschichtgehärtete
- Mittelgroße bis große Werkstücke
- Bauteile aus Kunststoff
Knoop Härteprüfung
- Spröde Materialien
- Beschichtungen
Mobile Härteprüfung
- Besonders große oder schwere Werkstücke
- Vor-Ort-Härteprüfungen
Instrumentierte Eindringprüfung
- Dünne und sehr dünne Beschichtungen
- Kleine Bauteile
- Einhärtetiefen
- Härteverlaufsmessungen
Shore und IRHD Härteprüfung
- Elastomerbauteile (Ausgangsmaterial, Fertigteile)
Wie wird Härte definiert?
Die Härte ist der mechanische Widerstand eines Werkstoffes gegen das mechanische Eindringen eines anderen härteren Körpers. Die Härte kann sich durch Wärme verändern, das heißt die Härte eines Werkstückes nimmt nach einer Wärmebehandlung einen anderen Wert an. Die Härte gehört nicht zu den Grundeigenschaften eines Werkstoffs. Deswegen muss der quantitativ ermittelte Wert immer in Bezug zum Härteprüfverfahren mit den folgenden Parametern gesetzt werden:
- Prüfkraft
- Last-Zeit-Profil
- Lasteinwirkdauer
- Prüfkörper
Warum eine Härteprüfung?
Die Härteprüfung wird gemacht zum Bestimmen des Widerstands, den ein Werkstoff der dauerhaften Verformung durch Eindringen eines härteren Eindringkörpers entgegensetzt. bestimmt werden. Damit lässt sich entscheiden ob ein bestimmter Werkstoff oder eine bestimmte Werkstoffbehandlung für den beabsichtigten Einsatzzweck geeignet ist.
Was wird bei der Prüfung gemessen?
Bei der Härteprüfung wird ein Prüfkörper in den Werkstoff eingedrückt und die Härte als Eindringwiderstand bestimmt. Diese Bestimmung erfolgt durch:
- Messen der Größe des vom Prüfkörper hinterlassenen Eindrucks (optische Messverfahren)
- Messen der Eindringtiefe des Prüfkörpers (Tiefen-Messverfahren)
- Auswertung der Kraft-Weg-Kurve (instrumentierte Eindringprüfung)
Die instrumentierte Eindringprüfung (Martens Härteprüfung) ist dadurch gekennzeichnet, dass nicht nur die Härte mit hoher hohe Genauigkeit bestimmt wird sondern auch aus der Kraft-Weg-Kurve weitere Werkstoffkennwerte bestimmt werden können.