Härteprüfung Beschichtungen
Die Härteprüfung von Beschichtungen dient der Bestimmung der Härte zur Beurteilung der mechanischen Eigenschaften und der Leistungsfähigkeit der Beschichtung. Beschichtungen können auf verschiedene Materialien wie Metalle, Kunststoffe, Keramik oder Glas aufgebracht 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.
Für die Härteprüfung von Beschichtungen stehen im Steinbeis-Transferzentrum verschiedene Verfahren zur Verfügung. Wir wählen die für das jeweilige Schichtsystem am besten geeignete Methode aus und führen Härteprüfungen an Beschichtungen als Dienstleistung durch.
Beispiele für Beschichtungsverfahren
Galvanisieren
- Verzinken
- Verchromen
PVD (Physical Vapor Deposition)
- Titanbeschichtungen
- Aluminiumoxidbeschichtungen
CVD (Chemical Vapor Deposition)
- Diamantschichten
- Siliziumkarbidbeschichtungen
Anodisieren und Eloxieren
- Aluminiumanodisierung
- Titananodisierung
Lackbeschichtungen
- Epoxidlacke
- Polyurethanlacke
Warum ist Härteprüfung von Beschichtungen wichtig?
- Bewertung der Verschleißfestigkeit: Härtere Beschichtungen bieten in der Regel eine bessere Verschleißfestigkeit. Durch die Härteprüfung kann man vorhersagen, wie gut eine Beschichtung in verschleißintensiven Umgebungen abschneidet.
- Qualitätssicherung: Härteprüfungen helfen, die Qualität und Konsistenz von Beschichtungen sicherzustellen. Dies ist wichtig für industrielle Anwendungen, bei denen gleichbleibende Eigenschaften der Beschichtung erforderlich sind.
- Vergleich von Beschichtungsmaterialien: Durch die Härteprüfung können verschiedene Beschichtungsmaterialien verglichen werden, um das am besten geeignete Material für eine spezifische Anwendung auszuwählen.
- Vermeidung von Rissbildung: Die Härteprüfung hilft, die Wahrscheinlichkeit der Rissbildung in Beschichtungen zu bewerten. Eine zu harte oder spröde Beschichtung kann bei mechanischer Belastung leichter Risse entwickeln.
- Optimierung von Beschichtungsprozessen: Durch das Verständnis der Härte von Beschichtungen können Herstellungsprozesse optimiert werden, um die gewünschten mechanischen Eigenschaften zu erzielen.
Insgesamt spielt die Härteprüfung eine entscheidende Rolle bei der Charakterisierung und Optimierung von Beschichtungen, um deren Leistungsfähigkeit und Eignung für spezifische Anwendungen sicherzustellen.
Was bietet unser Steinbeis-Transferzentrum?
- Prüfung mit höchster Präzision: Moderne Prüfgeräte ermöglichen es, die Härte von Bauteilen genau zu bestimmen und auf die Anforderungen hin zu überprüfen.
- Fachkundige Expertise: Die Messungen werden von qualifizierten Mitarbeitern/innen durchgeführt, die Ihnen bei Fragen gerne zur Verfügung stehen.
- Kundenzentrierter Ansatz: Jeder Auftrag ist individuell, daher sind unsere Analysen auf die jeweiligen kundenspezifischen Anforderungen zugeschnitten.
Dienstleistungen
- Instrumentierte Eindringprüfung nach ISO 14577
- Härteprüfung nach Knoop nach ISO 4545
- Bleistift-Härteprüfung nach ISO 15184
- Buchholz-Härteprüfung nach ISO 2815
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 her bestimmt, muss die minimale Eindringtiefe des Prüfkörpers größer als die Rauheit und gleichzeitig deutlich kleiner als die Schichtdicke sein. Nach ISO 14577-4 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: 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.
Abdrücke Berkovich-Prüfkörper in Beschichtung
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), 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 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.