Materialprüfung und
Materialanalyse
Die Materialprüfung und Materialanalyse dienent dazu die Eigenschaften eines Materials zu bestimmen. Dazu bieten wir im Steinbeis-Transferzentrum die nachstehenden Verfahren als Dienstleistung an.
Labordienstleistungen
HÄRTEPRÜFUNG
Bei der Härteprüfung wird ein Prüfkörper in den Werkstoff mit einer definierten Kraft eingedrückt und die Härte als Eindringwiderstand bestimmt. Als Messgröße für die Makrohärte dient verfahrensabhängig die Größe des bleibenden Abdruckes des Prüfkörpers (Vickers, Knoop, Brinell) oder die Eindringtiefe (Rockwell, Super Rockwell). Für Prüfungen an großen Bauteilen oder zur mobilen Härteprüfung dienen die Härteprüfung nach Leeb (Rückprallhärteprüfung) und das UCI-Härteprüfverfahren.
Die Härte von Kunststoffen und Hartgummi wird vorzugsweise durch eine Kugel als Eindringkörper nach ISO 2039-1 oder nach ISO 2039-2 ermittelt. Die Härte von Elastomeren und steifen Thermoplasten wird mit der Shore-Härteprüfung bestimmt.
MIKROHÄRTEPRÜFUNG
Die Mikrohärteprüfung bzw. Martens Härteprüfung erfolgt mit kleinen Prüfkräften und geringen Eindringtiefen des Prüfkörpers. Damit werden die Oberflächenhärte, Härteverlaufsmessungen und die Härte von Beschichtungen bestimmt. Bei dieser sogenannten instrumentierten Eindringprüfung wird die Härte aus der Kraft-Weg-Kurve berechnet. Hierdurch können zusätzlich zur Härte weitere Materialkennwerte (Elastizitätsmodul, Streckgrenze, Dämpfung) quasi zerstörungsfrei am realen Bauteil bestimmt werden.
NANOINDENTIERUNG
Die Nanoindentierung ist eine instrumentierte Eindringprüfung mit sehr kleinen Prüfkräften. Sie dient dazu Materialkennwerte wie Härte, Elastizitätsmodul, Streckgrenze, Werkstoffdämpfung oberflächennah zu bestimmen. Typische Anwendungen hiervon sind Härteverlaufsmessungen and randschichtgehärteten Bauteilen und Härteprüfungen von Beschichtungen. Bei der instrumentierten Eindringprüfung wird der Kraft-Weg-Verlauf während der Prüfung aufgezeichnet und daraus die Materialkennwerte berechnet.
RASTERKRAFTSPEKTROSKOPIE
Mit einem Rasterkraftmikroskop (AFM) können unter anderem sogenannte Kraft-Abstandskurve (Force-Distance-Curve) ermittelt werden. Dazu wird der Cantilever auf die Probe abgesenkt, mit definierter Kraft aufgedrückt und wieder entfernt. Aus dieser Kurve lassen sich Rückschlüsse auf die ortsaufgelösten Größen wie Adhäsionskraft an der Oberfläche und Elastizität des Materials gewinnen.
RASTERELEKTRONENMIKROSKOPIE (REM)
Mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM) werden hochauflösende Bildaufnahmen der Objektoberfläche mit großer Vergrößerung angefertigt. Dabei rastert ein fein gebündelter Elektronenstrahl die Oberfläche sehr präzise Zeile für Zeile ab. Die hierbei stattfindende Wechselwirkung mit dem Objekt wird zur Erzeugung eines Bildes des Objekts genutzt. Dadurch werden tiefenscharfe Aufnahmen von der Oberflächentopographie sowie sogenannte Materialkontrastbilder angefertigt.
RÖNTGENSPEKTROSKOPIE (EDX)
Mit der Energiedispersiven Röntgenspektroskopie (EDX-Analyse) am REM werden Materialanalysen durchgeführt indem die chemischen Elemente des Werkstoffs bestimmt werden. Die Methode beruht darauf, dass jedes chemische Element eine charakteristische Röntgenstrahlung aussendet, wenn es durch den Elektronenstrahl des REM angeregt wird.
REINHEITSGRAD METALLE
Der Reinheitsgrad eines metallischen Werkstoffes ist die Angabe über den Gehalt an nichtmetallischen Einschlüssen in Form von Sulfiden und Oxiden. Hierzu werden Längsschliffe der Proben angefertigt und an diesen der Reinheitsgrad nach den entsprechenden Normen mit einem Auflichtmikroskop bestimmt.
REIBWERTMESSUNG
Der Reibwert bzw. Reibungskoeffizient eines Tribosystems wird mit einem Tribometer bestimmt. Hierbei wird ein Prüfkörper geeigneter Geometrie mit einer definierten Normalkraft über einen Grundkörper bewegt und dabei die Reibkraft gemessen. Aus dem Verhältnis der Reibkraft zur Normalkraft wird der Reibwert µ berechnet.
VERSCHLEISSPRÜFUNG
Das Verschleißverhalten von tribologischen Systemen wird mit einem Tribometer ermittelt. Dazu wird der Prüfkörper unter einer definierten Normalkraft über einen Grundkörper translatorisch oder rotatorisch bewegt. Nach dem Test wird der Verschleiß gravimetrisch als Masse oder durch optische 3D-Oberflächenmessungen als Volumen bestimmt.
PHOTOTHERMIE
Die Photothermie dient dazu um Materialeigenschaften zerstörungsfrei zu bestimmen, wie z.B. Strukturdichte, Schichtdicke, Haftfestigkeit, Werkstoffermüdung. Bei der Photothermie werden die oberflächennahen Bereiche mit einem Diodenlaser erwärmt und anschließend die reflektierten thermischen Wellen ausgewertet.
STRECKGRENZE
Die Bestimmung der Streckgrenze von Beschichtungen kann quasi zerstörungsfreie durch eine Eindringprüfung (Nanoindentierung). Bei diesem Verfahren dringt ein Prüfkörper mit sehr kleinen Kräften in die Beschichtung ein, wobei die Kraft ansteigend mit einem überlagerten Sinus erhöht wird. Dadurch wird der Zusammenhang zwischen Spannung und Dehnung der Beschichtung bestimmt und aus diesem die Steckgrenze berechnet.
ZUG-/DRUCKPRÜFUNG
Die Universalprüfmaschine der Serie Inspekt table der Fa. Hegewald und Peschke wird für Zug- und Druckprüfungen im mittleren Kraftmessbereich bis 100 kN eingesetzt. Damit können Werkstoffprüfungen im Bereich von -70°C bis +180°C durchgeführt werden.
Mit der Härteprüfung als ein Verfahren der Materialprüfung wird die Härte von Metallen, Gläsern, Keramiken, Kunststoffen und Beschichtungen bestimmt. Härteverlaufsmessungen und die Härteprüfung von Beschichtungen werden mit der Mikrohärteprüfung (Martens Härteprüfung) oder der Nanoindentierung durchgeführt.
Mit der Rasterkraftspektroskopie werden die Adhäsion und die Elastizität des Materials an der Oberfläche ortsaufgelöst mit hoher Genauigkeit bestimmt. Diese Größen spielen eine Rolle zur Bewertung der Beschichtbarkeit, elektrischen Leitfähigkeit und Neigung zum adhäsiven Verschleiß.
Mit der Rasterelektronenmikroskopie (REM) werden hochauflösende bildgebende Analysen an Oberflächen und Bruchflächen mit großer Vergrößerung durchgeführt. Dabei kann mit der energiedispersiven Röntgenspektroskopie (EDX) am REM auch die chemische Zusammensetzung des Werkstoffes für Materialanalysen bestimmt werden.
Der Reinheitsgrad von Metallen ist die Angabe über den Gehalt an nichtmetallischen Einschlüssen in Form von Sulfiden und Oxiden.
Die Reibwertmessungen und die Verschleißprüfungen dienen dazu das Reibungs- und Verschleißverhalten von Werkstoffen und Beschichtungen zu bestimmen. Diese Untersuchungen gehören zu den Verfahren der Modelltribologie und werden mit einem Tribometer durchgeführt.
In unserem Labor kann die oberflächennahe Strukturdichte eines Bauteils zerstörungsfrei dreidimensional analysiert werden. Diese Art der Materialprüfung erfolgt mit der Photothermie, womit die Randzone eines Bauteiles bzgl. Dichte, Einschlüsse untersucht wird sowie auch die Eigenschaften von Beschichtungen.
Die Streckgrenze kann durch eine Eindringprüfung (Nanoindentierung) quasi zerstörungsfrei am realen Bauteil bestimmt werden. Die tatsächliche Streckgrenze unterscheidet sich oftmals erheblich von den Angaben in Datenblättern.