Härteprüfung Beschichtungen
Die Härteprüfung von Beschichtungen dient dazu, die mechanische Widerstandsfähigkeit einer Beschichtung gegenüber mechanischer Beanspruchung wie Kratzer, Abrieb, Druck und Verformung zu bestimmen. Zur Prüfung wird der Eindringwiderstand eines Prüfkörpers in die Beschichtung entweder von der Oberfläche oder im Querschliff bestimmt. Die je nach Beschichtung unterschiedlichen Prüfmethoden helfen, die Qualität und Langlebigkeit von Beschichtungen sicherzustellen und ihre Eignung für verschiedene Anwendungsbereiche zu beurteilen.
Wir führen als Steinbeis-Transferzentrum Härteprüfungen von Beschichtungen als Dienstleistung durch.
Beispiele für Beschichtungen
- Galvanische Beschichtungen
- Pulverbeschichtungen
- PVD-Beschichtungen
- CVD-Beschichtungen
- Thermisch gespritzte Beschichtungen
- Oxidschichten
- Eloxalschichten
- Lackschichten
Wozu dient die Härteprüfung von Beschichtungen?
Die Härte ist ein wichtiger Parameter, der die Qualität und Haltbarkeit einer Beschichtung beeinflusst und direkt mit deren Schutzwirkung und Beständigkeit zusammenhängt.
- Qualitätskontrolle – Sicherstellen, dass die Beschichtung die geforderten technischen Eigenschaften erfüllt.
- Verschleiß- und Kratzfestigkeit – Härtere Beschichtungen sind in der Regel widerstandsfähiger gegen Abrieb und Kratzer.
- Beständigkeit gegenüber mechanischer Belastung – Hohe Härte schützt die Beschichtung vor Schäden durch Stoß, Druck oder Reibung.
- Vermeidung von Schäden während der Nutzung – Eine unzureichende Härte kann dazu führen, dass die Beschichtung schnell beschädigt wird oder sich ablöst.
- Verträglichkeit mit anderen Materialien – Die Härte beeinflusst das Verhalten der Beschichtung im Kontakt mit anderen Werkstoffen (z. B. in Lagern oder Gleitflächen).
Prüfverfahren
- Instrumentierte Eindringprüfung nach ISO 14577-1:2015
- Härteprüfung nach Knoop nach ISO 4545-1:2023
- Bleistift-Härteprüfung nach ISO 15184:2020
- Buchholz-Härteprüfung nach ISO 2815:2023
Gerne erstellen wir Ihnen ein Angebot für die Härteprüfung von Beschichtungen.
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. Die Kraft und die Eindringtiefe werden während der Prüfung kontinuierlich gemessen. Aus der aufgezeichneten Kraft-Weg-Kurve wird dann die Härte berechnet. Es gibt zwei Möglichkeiten, 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, muss die minimale Eindringtiefe des Prüfkörpers größer als die Rauheit und gleichzeitig deutlich kleiner als die Schichtdicke sein. Nach ISO 14577-4:2016 soll die Eindringtiefe mindestens das 20-fache des arithmetischen Mittelwertes der Rauheit Ra oder das 2-3-fache der maximalen Höhe des Rauheitsprofils Rz betragen. Bei der maximalen Eindringtiefe wird unterschieden zwischen:
- 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 grobe Richtwerte für die maximale Eindringtiefe. Die optimale Eindringtiefe muss durch Messungen ermittelt werden, indem bei ansteigendem 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 platziert.
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 (Pencil Hardness Test)
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), d.h. zur Prüfung der Lackhärte. Zur Bestimmung der Buchholzhärte wird das Härteprüfgerät auf eine Oberfläche aufgesetzt. Der Eindringkörper, ein scharfkantiges Stahlrädchen, hinterlässt dort 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 Probengröße und den Werkstoffzustand bestimmt. Bei allen Härteprüfungen muss die Probe für das gesamte Gefüge repräsentativ sein. Eine Ausnahme besteht, wenn z. B. die Härte verschiedener Gefügebestandteile bestimmt werden soll. Aus diesem Grund sollte bei einem heterogenen Gefüge ein größerer Eindruck gemacht werden als bei einem homogenen Werkstoff. Für jede Härteprüfung gibt es eigene Normen, die genaue Angaben über das Verfahren und den genauen Ablauf enthalten.
Vickers Härteprüfung
- Homogene Werkstoffe mit niedriger bis hoher Härte.
- Kleine bis große Werkstücke
- Ermittlung von Einhärtetiefen
- Härteverlaufsmessungen
- Härteverteilung über Schweißnähte
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
- Bauteile aus Kunststoff (Thermoplaste, weiche Verbundmaterialien)
Knoop Härteprüfung
- Spröde Materialien
- Beschichtungen
Mobile Härteprüfung
- Große oder schwere Werkstücke
- Vor-Ort-Härteprüfungen
Instrumentierte Eindringprüfung
- Dünne und sehr dünne Beschichtungen
- Kleine Bauteile
- Bestimmung Einhärtetiefen
- Härteverlaufsmessungen
Shore Härteprüfung
- Shore A: Thermoplastische Elastomere (TPE), Nitrilkautschuk (NBR), Polyurethan (PU), Niederdichtes Polyethylen (LDPE), Silikonkautschuk, Neopren
- Shore D: Polycarbonat (PC), Polypropylen (PP), Polyamid (PA), Polyvinylchlorid (PVC), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polymethylmethacrylat (PMMA), Hochdichtes Polyethylen (HDPE)
- Shore OO: Weiche Schäume, sehr weiche elastomere Materialien, gelartige Materialien
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.