Oberflächenanalyse
Die Eigenschaften von Oberflächen bestimmen das funktionale Verhalten bzgl. Reibung, Verschleiß, Dichtheit, Haltbarkeit und Schmierungsverhalten. Die Oberflächenanalyse dient dazu die Oberfläche als funktionsbestimmendes Element eines Bauteils hinsichtlich seiner Eigenschaften zu charakterisieren. Dazu bieten wir im Steinbeis-Transferzentrum eine vielfältige Auswahl an Analyse- und Prüfmöglichkeiten an.
Labordienstleistungen
OPTISCHE OBERFLÄCHENMESSUNG 2D/3D
Die Messung der Oberflächenstruktur (Rauheit, Welligkeit, Ebenheit) erfolgt idealerweise mit optischen Messgeräten, wie z.B. Weißlichtinterferometer oder Konfokalmikroskope. Bei diesen verfahren tastet ein feiner Lichtstrahl die Objektoberfläche berührungslos ab. Dadurch werden alle Oberflächenstrukturen mit ausreichender Genauigkeit dreidimensional erfasst und die empfindliche Oberflächenfeinstruktur nicht beschädigt. Aus den Oberflächenmessungen werden die 2D-/3D-Oberflächenparameter der ISO-Normen zur quantitativen Beschreibung von Merkmalen der Oberfläche berechnet.
MASS-, FORM- UND LAGEMESSUNG
Für die Bestimmung von Länge, Winkel, Konturen sowie Form- und Lageabweichungen werden in unserem Prüflabor taktile Messmaschinen eingesetzt sowie für ganz präzise Messungen im Submikrometerbereich optische Messgeräte.
LICHTMIKROSKOPIE
Die lichtoptischen Analysen von Oberflächen erfolgen mit einem Stereomikroskop, einem Auflichtmikroskop oder einem Digitalmikroskop. Alle diese Mikroskope ermöglichen hochwertige klare Bildaufnahmen der Objektoberfläche und die Bestimmung von geometrischen Merkmalen wie Länge, Winkel, Radien und Flächen.
RASTERELEKTRONENMIKROSKOPIE (REM)
Mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM) werden hochauflösende tiefenscharfe Bildaufnahmen der Objektoberfläche mit großer Vergrößerung angefertigt. Dabei rastert ein fein gebündelter Elektronenstrahl die Oberfläche sehr präzise zeilenförmig ab. Die hierbei stattfindende Wechselwirkung zur Erzeugung eines Bildes des Objekts genutzt und dadurch Bildaufnahmen der Topographie und Materialkontrastbilder angefertigt.
RÖNTGENSPEKTROSKOPIE (EDX)
Mit der Energiedispersiven Röntgenspektroskopie (EDX) am REM werden Werkstoffanalysen durchgeführt, indem die chemischen Elemente des Werkstoffes bestimmt werden. Die Methode beruht darauf, dass jedes chemische Element eine charakteristische Röntgenstrahlung aussendet, wenn es durch den Elektronenstrahl des REMs angeregt wird.
KONTAKTWINKELMESSUNG
Um die Oberflächenenergie von Festkörpern zu messen, wird ein Tropfen auf eine Oberfläche gebracht und anschließend der sich ergebende Kontaktwinkel gemessen. Indem die Kontaktwinkel mit drei verschiedenen Testflüssigkeiten im Kontakt mit der Oberfläche bestimmt werden können auch die dispersen und polaren Anteile der Oberflächenenergie bestimmt werden. Dadurch bietet diese Methode mehr Informationen als die Methode mit Testtinte und erreicht eine deutlich höhere Genauigkeit.
REIBWERTMESSUNG
Der Reibwert bzw. Reibungskoeffizient eines Tribosystems wird mit einem Tribometer bestimmt, indem ein Prüfkörper unter einer definierten Normalkraft über einen Grundkörper relativ bewegt und dabei die Reibkraft gemessen wird. Aus dem Verhältnis von dieser Reibkraft zur Normalkraft wird der Reibwert µ berechnet. So lassen sich mit einem Tribometer als Modellprüfsystem gezielt Einflussgrößen auf den Reibwert untersuchen.
Rasterkraftmikroskopie (AFM)
Mit einem Rasterkraftmikroskop wird die Oberfläche mit einer Messnadel (Cantilever) mit hoher Auflösung zeilenweise abgerastert, i.d.R. ohne diese dabei zu berühren. Dadurch wird die Topografie (AFM) und die Leitfähigkeit (C-AFM) einer Oberfläche mit der höchsten aller mikroskopischen Techniken ortsaufgelöst bestimmt. Des Weiteren können damit sogenannte Kraft-Abstandskurven aufgenommen werden, um die Adhäsionskraft und die Elastizität (E-Modul) ortsaufgelöst zu ermitteln.
Mit der Oberflächenmessung und Rauheitsmessung 2D/3D werden Oberflächen von Bauteilen hinsichtlich Rauheit, Welligkeit und Ebenheit analysiert. Aus diesen Messungen werden die Kennwerte nach den internationalen ISO-Normen bestimmt, um die funktionale Merkmale von Oberflächen zu charakterisieren.
Mit der Maß-, Form- und Lagemessung werden Bauteile bzgl. Form, Kontur und Geometrie vermessen.
Die Lichtmikroskopie dient dazu eine Oberfläche bildgebend zu untersuchen. Hierzu gibt es vielfältige Anwendungsfälle, wie z.B. Verschleißanalyse, Schadensanalyse, Partikelanalyse, Phasenanalyse, metallographische Untersuchungen uvm..
Mit der Rasterelektronenmikroskopie (REM) werden hochauflösende Mikrostrukturanalysen von Bauteiloberflächen oder Bruchflächen durchgeführt. Dabei werden Bildaufnahmen der Objektoberfläche mit sehr hoher Vergrößerung angefertigt. Des Weiteren kann mit der energiedispersiven Röntgenspektroskopie (EDX) am REM die Zusammensetzung des Werkstoffes für Werkstoffanalysen bestimmt werden.
Die Kontaktwinkelmessung dient dazu die Oberflächenenergie von Festkörpern zu bestimmen. Diese ist ein Maß für die Benetzbarkeit und spielt eine wichtige Rolle beim Beschichten, Kleben, Lackieren und auch für die Sicherstellung der Schmierung in Lagern. Beim Kontakt mit Flüssigkeiten sollte auch die Oberflächenspannung mit einem Tensiometer bestimmt werden, um so die Eigenschaften aller am System beteiligten Komponenten zu erfassen.
Mit Reibwertmessungen wird der Reibwert bzw. Reibungskoeffizienten eines tribologischen Systems ermittelt, welches mindestens aus zwei Kontaktpartnern besteht. Da der Reibwert eine Systemeigenschaft und kein reiner Werkstoffkennwert ist, kann die Bestimmung nur mit Messungen erfolgen.
Die Rasterkraftmikroskopie (AFM) ermöglicht die Messung der Topografie von Oberflächen, der Leitfähigkeit, der Adhäsionskraft und der Elastizität mit sehr hoher x-y-z-Auflösung im Submikrometerbereich.