Härteprüfung Beschichtungen
Die Härteprüfung von Beschichtungen erfolgt mit kleinen bis sehr kleinen Prüfkräften. Dadurch wird gewährleistet, dass der Prüfkörper nicht zu weit in die Beschichtung eindringt, was zu einer Verfälschung des Härtewertes durch die Eigenschaften des Grundwerkstoffes zur Folge hätte.
Damit prüfen wir beispielsweise folgende Beschichtungen als Dienstleistung.
- PVD-Schichten
- CVD-Schichten
- Galvanische Schichten
- Eloxalschichten
- Dünnschichten
- Lacke
Verfahren
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
Die instrumentierte Eindringprüfung wird am häufigsten eingesetzt, um die Härte einer Beschichtung zu bestimmen. Je nach Größe der Prüfkraft wird diese als Mikrohärteprüfung oder als Nanoindentierung bezeichnet. Dabei wird die Härte aus der aufgezeichneten Kraft-Weg-Kurve berechnet. Diese Art der Härteprüfung kann von Oberfläche aus oder am am polierten Querschliff durchgeführt werden, indem in die polierte Querschnittsfläche der Beschichtung die Prüfpunkte mit höchster Präzision platziert werden.
Von den optischen Prüfverfahren ist nur die Härteprüfung nach Knoop geeignet, um die Härte einer Beschichtung zu bestimmen. Denn nur mit dem dabei verwendete asymmetrische pyramidenförmiger Diamant als Prüfkörper wird eine für die lichtoptische Auswertung ausreichend großer Abdruck erzielt.
Die Bleistift-Härteprüfung dient dazu die Widerstandsfähigkeit einer Beschichtungsoberfläche gegen das Eindringen bzw. Einkratzen mittels einer Bleistiftspitze zu bestimmen. Diese schnelle Prüfung ist geeignet, um die Härten von weichen Beschichtungen relativ zueinander zu vergleichen.
Die Härteprüfung nach Buchholz dient zur Bestimmung des Eindruckwiderstandes von polymeren Beschichtungsstoffen (wie z. B. Lacken). Zur Ermittlung der Buchholzhärte wird der Härteprüfer auf eine Oberfläche gestellt. Dort hinterlässt der Eindringkörper, ein kleines Stahlrad mit scharfen Kanten, einen Eindruck. Die Länge des Eindrucks wird anschließend mit einem Mikroskop vermessen und daraus die Schichthärte bestimmt.
Gerne erstellen wir Ihnen ein Angebot für die Härteprüfung von Beschichtungen.
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 mittleren Rautiefe 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 wo die Schichthärte nahezu unabhängig von der Eindringtiefe ist.
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.