Oberflächenanalyse
Wir analysieren die Eigenschaften von Oberflächen im Steinbeis-Transferzentrum in Karlsruhe.
Analysen
LICHTMIKROSKOPIE
Die lichtoptischen Analysen von Oberflächen von Bauteilen erfolgen einem Stereomikroskop, einem Auflichtmikroskop oder einem Digitalmikroskop. Alle diese Mikroskope ermöglichen hochwertige Bildaufnahmen der Objektoberfläche und die Bestimmung von geometrischen Merkmalen wie Länge, Winkel, Radien und Flächen.
OBERFLÄCHENTOPOGRAPHIE
Mit der optischen Oberflächenmessung wird die Oberfläche flächenhaft mit einem feinen Lichtstrahl abgetastet und damit die Rauheit, Welligkeit, Ebenheit und Parallelität bestimmt. Dazu werden Konfokalmikroskope mit verschiedenen Lichtquellen (LED, Laser) und Weißlichtinterferometer als Messgeräte eingesetzt. Durch die Rasterkraftmikroskopie (AFM) wird die Topographie einer Bauteiloberfläche mit der höchsten Auflösung aller mikroskopischen Techniken vermessen. Hierzu tastet eine an einer Blattfeder (Cantilever) befindliche Messnadel die Oberfläche Zeile für Zeile ab.
Mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM) werden hochauflösende bildgebende Untersuchungen der Topographie mit großer Vergrößerung durchgeführt. Dabei rastert ein fein gebündelter Elektronenstrahl die Oberfläche präzise Zeile für Zeile ab. Die hierbei stattfindende Wechselwirkung mit dem Objekt wird zur Erzeugung von Aufnahmen der Oberflächentopographie (SE) sowie für Materialkontrastbilder (BSE) genutzt.
OBERFLÄCHENSPANNUNG
Um die Oberflächenspannung bzw. Oberflächenenergie von Festkörpern zu messen, wird ein Tropfen auf eine Oberfläche gebracht und anschließend der sich ergebende Kontaktwinkel gemessen. Deshalb wird diese Methode als Kontaktwinkelmessung bezeichnet. Um die dispersen (physikalischen) und polaren (chemischen) Anteile der Oberflächenspannung zu bestimmen werden die Kontaktwinkel von drei Testflüssigkeiten bestimmt.
Die Messung der Oberflächenspannung von Flüssigkeiten erfolgt überwiegend nach der Wilhelmy-Plättchen-Methode mit einem Tensiometer. Dazu wird ein angerautes Platin-Iridium-Plättchen als Probenkörper in die Flüssigkeit abgesenkt und anschließend mit konstanter Geschwindigkeit hochgezogen. Währenddessen erfasst ein sehr empfindlicher Sensor die Kraft und aus dem Maximalwert bei der die Flüssigkeit noch nicht abreißt (Abreißmethode) wird schließlich die Oberflächenspannung berechnet.
OBERFLÄCHENADHÄSION
Die ortsaufgelöste Messung der lokalen Oberflächenadhäsion wird mit einem Rasterkraftmikroskop (AFM) durchgeführt indem sogenannte Kraft-Abstandskurven (Force-Distance-Curve) aufgenommen werden (Kraftspektroskopie). Damit können durch die sehr hohe Ortsauflösung lokale Unterschiede bestimmt werden. Durch die Kraftspektroskopie lässt sich gleichzeitig der lokale Elastizitätsmodul eines Materials sehr präzise bestimmen.
OBERFLÄCHENLEITFÄHIGKEIT
Mit einem Rasterkraftmikroskop (AFM) können geringste lokale Unterschiede bzgl. der elektrischen Leitfähigkeit bzw. des elektrischen Widerstandes eines Materials an der Oberfläche bestimmt werden. Mit der leitfähigen Rasterkraftmikroskopie (C-AFM: Conductive AFM) wird die Topographie eines Materials und der elektrische Stromfluss am Kontaktpunkt der Spitze (Cantilever) gemessen.
REIBUNGSKOEFFIZIENT
Der Reibungskoeffizient bzw. Reibwert 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 Reibungskoeffizient bzw. der Reibwert berechnet.
VERSCHLEISSFESTIGKEIT
Die Verschleißfestigkeit von Oberflächen wird mit einem Tribometer ermittelt. Dabei handelt es sich um eine Modellprüfeinrichtung zur Untersuchung von Reibung und Verschleiß. Dazu wird ein Prüfkörper mit einer definierten Normalkraft translatorisch oder rotatorisch über einen Grundkörper bewegt. Nach dem Verschleißtest wird der Verschleiß von Prüfkörper und Grundkörper gravimetrisch oder durch optische 3D-Messungen bestimmt.
FARBE
Bei der Farbmessung geht es daher um den Vergleich zwischen der gemessenen und der durch das menschliche Auge wahrgenommenen Farbe. Der L*a*b*-Farbraum beschreibt alle wahrnehmbaren Farben und nutzt einen 3D-Farbraum bei dem der Helligkeitswert L* senkrecht auf der Farbebene (a*, b*) steht. Der L*C*h-Farbraum beschreibt Farbe über ein zylindrisches Koordinatensystem mit der Helligkeit L*, der relativen Farbsättigung C* und dem Farbtonwinkel h°. Die Farbsättigung und der Farbtonwinkel werden aus den a* und b* Koordinaten des L*a*b* Farbraums berechnet.
GLANZGRAD
Die Glanzmessung wird zur Beurteilung der Oberflächenbeschaffenheit von Überzügen und anderen Oberflächen herangezogen. Dazu wird mit einem Reflektometer das reflektierende Licht unter einem bestimmten Winkel gemessen. Beim reflektierten Licht ist auch ein Anteil an diffus zerstreutem Licht dabei. Für eine exakte Glanzmessungen ist deswegen eine zweite Messung notwendig, die auch das zerstreute Licht mitbestimmt. Der Anteil an zerstreutem Licht kann anschließend herausgerechnet werden. Das absolute Maß für den Glanz ist das Verhältnis des von der OF reflektiertem Lichts zum ausfallenden Licht. Angegeben wird der Glanzgrad in Glanzeinheiten (GE) oder Gloss Units (GU).
KONTUR, FORM, LAGE
Die Bestimmung von geometrischen Eigenschaften von Bauteile, wie z.B. Längen, Winkel, Konturen sowie Form- und Lageabweichungen, führen wir mit taktilen und optischen Messgeräten durch.
Mit der Lichtmikroskopie wird Oberfläche bildgebend lichtoptisch untersucht. Hierzu gibt es vielfältige Anwendungsfälle, wie z.B. Verschleißanalyse, Schadensanalyse, Partikelanalyse, Phasenanalyse, metallographische Untersuchungen.
Die Oberflächentopographie wird durch optische Messverfahren, durch Rasterkraftmikroskopie oder durch die Rasterelektronenmikroskopie (REM) analysiert. Mit den optischen Verfahren wird die Oberflächen flächenhaft dreidimensional berührungslos vermessen und daraus die Kennwerte für Rauheit, Welligkeit, Ebenheit und Parallelität gemäß den Normen bestimmt.
Die Oberflächenspannung von Flüssigkeiten und Festkörpern spielen eine wichtige Rolle beim Beschichten, Kleben, Lackieren und für die Schmierung in Lagern.
Durch durch die Rasterkraftmikroskopie (AFM) können geringste Unterschiede der Oberflächeneigenschaften bzgl. der elektrischen Oberflächenleitfähigkeit und der Oberflächenadhäsion mit hoher Ortsauflösung bestimmt werden. Dadurch lassen sich beispielsweise die Auswirkungen von Oxidschichten auf der Oberfläche bestimmen.
Der Reibungskoeffizient und die Verschleißfestigkeit einer Oberfläche werden mit einem Tribometer bestimmt. Da diese keine reinen Werkstoffeigenschaften sind und von vielen Einflussfaktoren abhängen, können diese auch nur durch Messungen ermittelt werden.
Mit der Kontur-, Form- und Lagemessung werden Bauteile bzgl. Form, Kontur und Geometrie vermessen.