Oberflächenanalyse
Die Oberflächenanalyse dient dazu die Eigenschaften von Oberflächen zu charakterisieren. Dazu bieten wir im Steinbeis-Transferzentrum die nachstehenden Labdordienstleistungen an.
Mit welchen Verfahren wird eine Oberfläche analysiert ?
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.
OBERFLÄCHENMESSUNG 2D/3D
Die Messung der Oberflächenstruktur (Rauheit, Welligkeit, Ebenheit) erfolgt idealerweise durch optische Messgeräte (Konfokalmikroskop, Weißlichtinterferometer) oder mit einem Rasterkraftmikroskop (AFM). Bei den optischen Verfahren tastet ein feiner Lichtstrahl die Objektoberfläche präzise ab, wodurch die Strukturen der Oberfläche dreidimensional mit hoher Auflösung erfasst werden. Die höchste Auflösung erreicht die Oberflächenmessung mit einem Rasterkraftmikroskop (AFM), welches mit einer sehr feinen Messnadel (Cantilever) die Oberfläche zeilenweise abrastert.
MASS-, FORM-, LAGEMESSUNG
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.
RASTERELEKTRONENMIKROSKOPIE (REM)
Mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM) werden hochauflösende tiefenscharfe Bildaufnahmen der Objektoberfläche mit großer Vergrößerung angefertigt. Dabei rastert ein fein gebündelter Elektronenstrahl die Oberfläche präzise Zeile für Zeile ab. Die hierbei stattfindende Wechselwirkung mit dem Objekt wird zur Erzeugung eines Bildes des Objektes genutzt und so Aufnahmen der Topographie (SE) und sogenannte Materialkontrastbilder (BSE) angefertigt.
RÖNTGENSPEKTROSKOPIE (EDX)
Mit der Energiedispersiven Röntgenspektroskopie (EDX) am REM werden Materialanalysen 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.
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.
LEITFÄHIGKEIT
Die ortsaufgelöste Messung der Leitfähigkeit einer Oberfläche wird mit einem Rasterkraftmikroskop (AFM) durchgeführt. Damit können durch die sehr hohen Ortsauflösung selbst geringste lokale Unterschiede bestimmt werden. Mit der leitfähigen Rasterkraftmikroskopie (C-AFM: conductive atomic force microscopy) wird die Topographie eines Materials und der elektrische Stromfluss am Kontaktpunkt der Spitze (Cantilever) gemessen.
ADHÄSIONSKRAFT
Die ortsaufgelöste Messung der Adhäsionskraft einer Oberfläche wird mit einem Rasterkraftmikroskop (AFM) durchgeführt indem sogenannte Kraft-Abstandskurven (Force-Distance-Curve) aufgenommen werden (Kraftspektroskopie). Damit können durch die sehr hohen Ortsauflösung selbst geringste lokale Unterschiede bestimmt werden. Durch die Kraftspektroskopie wird gleichzeitig die lokale Elastizität (E-Modul) des Materials sehr präzise bestimmt.
Mit der Lichtmikroskopie wird Oberfläche bildgebend lichtoptisch untersucht. Hierzu gibt es vielfältige Anwendungsfälle, wie z.B. Verschleißanalyse, Schadensanalyse, Partikelanalyse, Phasenanalyse, metallographische Untersuchungen uvm..
Die Oberflächenmessung 2D/3D dient dazu die Mikrostruktur der Oberfläche von Bauteilen hinsichtlich Rauheit, Welligkeit und Ebenheit zu bewerten. Aus diesen Messungen werden die Kennwerte 2D/3D gemäß den ISO-Normen bestimmt und damit Oberflächenmerkmale quantitativ charakterisiert.
Mit der Maß-, Form- und Lagemessung werden Bauteile bzgl. Form, Kontur und Geometrie vermessen.
Mit der Rasterelektronenmikroskopie (REM) werden hochauflösende Mikrostrukturanalysen von Oberflächen und Bruchflächen durchgeführt. Dabei werden Bildaufnahmen der Objektoberfläche mit sehr hoher Vergrößerung und Auflösung angefertigt. Des Weiteren kann mit der energiedispersiven Röntgenspektroskopie (EDX) am REM die chemische Zusammensetzung des Materials bestimmt werden.
Die Kontaktwinkelmessung dient dazu die Oberflächenenergie von Festkörpern zu ermitteln. Diese ist ein Maß für die Benetzbarkeit und spielt eine wichtige Rolle beim Beschichten, Kleben, Lackieren und für die Schmierung in Lagern. Für Flüssigkeiten bzw. Schmierstoff wird die Oberflächenspannung mit einem Tensiometer bestimmt.
Mit der Reibwertmessung wird der Reibwert bzw. Reibungskoeffizienten eines tribologischen Systems ermittelt. Da der Reibwert eine Systemeigenschaft und kein reiner Werkstoffkennwert ist, kann die Bestimmung nur durch Messungen erfolgen. Durch unsere Möglichkeit Prüfkörper und -halter in der eigenen Werkstatt anzufertigen können wir nahezu alle Arten von Tribosystemen untersuchen. Dazu gehören auch Messungen des Reibwertes von Folien und Bahnen.
Mit der Rasterkraftmikroskopie (AFM) erfolgen höchstauflösende Oberflächenanalysen zur ortsaufgelösten Messung von Oberflächentopographie, Leitfähigkeit, Adhäsionskraft, Elastizitätsmodul sowie magnetischen und elektrostatisch geladenen Domänen.