Beschichtungsanalyse
Wir analysieren die Eigenschaften von Beschichtungen im Steinbeis-Transferzentrum in Karlsruhe.
Analysen
SCHICHTHÄRTEPRÜFUNG
Die Härte von Beschichtungen und Lacken wird durch eine sogenannte Mikrohärteprüfung bestimmt bzw. bei sehr dünnen Schichten durch eine Nanoindentierung. Diese Eindringprüfungen werden mit kleinen Prüfkräften und geringen Eindringtiefen des Prüfkörpers durchgeführt. Die Härte wird im Unterschied zur Makrohärteprüfung aus der aufgezeichneten Kraft-Weg-Kurve bestimmt.
SCHICHTDICKENMESSUNG
Die Schichtdicke von Einzelschichten und Mehrschichtsystemen werden abhängig von Schichtart, Schichtdicke und Substrat mit verschiedenen Verfahren durchgeführt. Dabei können Schichtstärken verfahrensabhängig vom Nanometer- bis zum Mikrometerbereich bestimmt werden.
Die Schichtstärken von lichtdurchlässigen Beschichtungen und die Dicken transparenten Folien werden durch optische Schichtdickenmessungen bestimmt. Diese beruht darauf, dass beim Auftreffen von Licht auf eine Grenzfläche zwischen zwei Medien mit unterschiedlichem Brechungsindex ein Teil der Strahlung reflektiert und ein anderer transmittiert wird.
HAFTFESTIGKEITSPRÜFUNG
Wir bestimmen die Haftfestigkeit von Beschichtung mit dem jeweils passenden Verfahren für die jeweilige Beschichtung.
OBERFLÄCHENANALYSE
Hochauflösende bildgebende Analysen der Topographie von Beschichtungen erfolgen mit der Rasterelektronenmikroskopie (REM) mit großer Vergrößerung. 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.
Die Analyse der Topographie einer Oberfläche für die Bestimmung von Rauheit, Welligkeit und Form erfolgt idealerweise mittels optischer Oberflächenmessung, bei der entsprechende Messgeräte die Oberfläche dreidimensional und berührungslos abtasten. Dazu werden Konfokalmikroskope mit verschiedenen Lichtquellen (LED, Laser) und Weißlichtinterferometer als optische Messgeräte eingesetzt.
Ist eine besonders hohe Auflösung für der Oberflächenmessung erforderlich wird als Messgerät ein Rasterkraftmikroskop (AFM) verwendet, welche die höchste Auflösung aller mikroskopischen Techniken erreicht. Hierbei tastet eine an einer Blattfeder (Cantilever) befindliche Messnadel die Oberfläche Zeile für Zeile ab.
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.
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.
REIBWERTMESSUNG
Der Reibwert bzw. Reibungskoeffizient einer Beschichtung wird mit einem Tribometer präzise 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 berechnet.
VERSCHLEISSPRÜFUNG
Die Verschleißfestigkeit von Beschichtungen 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.
MATERIALANALYSE
Die Bestimmung der chemischen Elemente eines Materials erfolgt mit der Energiedispersiven Röntgenspektroskopie (EDX). Damit lassen sich die Zusammensetzungen von Metallen und Nichtmetallen bestimmen. Diese Methode beruht darauf, dass jedes chemische Element eine charakteristische Röntgenstrahlung aussendet, wenn es angeregt wird. Die Anregung kann im Rasterelektronenmikroskop (REM) durch den Primärelektronenstrahl oder durch eine Röntgenstrahlquelle erfolgen.
STRECKGRENZENBESTIMMUNG
Die Bestimmung der Streckgrenze von Beschichtungen kann durch eine Eindringprüfung in Form der Nanoindentierung quasi zerstörungsfrei am Originalbauteil erfolgen. 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 Streckgrenze berechnet.
Gerne erstellen wir Ihnen ein Angebot für Analysen von Beschichtungen.
Die Prüfung der Schichthärte erfolgt durch Eindringprüfung mit einem geeigneten Prüfkörper. Die Prüfkraft ist gering, um geringe Eindringtiefen zu erzielen, der Prüfkörper dringt nicht zu tief in die Beschichtung ein. Die Härteprüfung an Überzügen wird entweder von der Oberfläche oder im polierten Querschliff durchgeführt.
Die Schichtdicke wird je nach Beschichtungsart und Substrat mit unterschiedlichen Verfahren bestimmt, so dass Schichtdicken vom Mikrometer- bis in den Nanometerbereich ermittelt werden können.
Die Haftfestigkeitsprüfung ermittelt die Verbundfestigkeit zwischen Beschichtung und Substrat (adhäsive Schichthaftung) sowie den inneren Zusammenhalt der Schicht (kohäsive Schichthaftung).
Für die Oberflächenanalyse stehen im Steinbeis-Transferzentrum verschiedene Analysetechniken zur Verfügung. Die Rasterelektronenmikroskopie (REM) ermöglicht hochauflösende bildgebende Untersuchungen bei hoher Vergrößerung. Mit der optischen Oberflächenmesstechnik werden Rauheit, Welligkeit und Ebenheit bestimmt.
Mit der Rasterkraftmikroskopie (AFM) können kleinste Unterschiede der Oberflächeneigenschaften hinsichtlich der elektrischen Oberflächenleitfähigkeit und der Oberflächenhaftung mit sehr hoher Ortsauflösung bestimmt werden. Damit kann z.B. der Einfluss von Oxidschichten auf der Oberfläche bestimmt werden.
Reibwertmessungen und Verschleißuntersuchungen werden mit einem Tribometer durchgeführt. Da der Reibwert und der Verschleißwiderstand nicht nur von den Werkstoffeigenschaften bestimmt werden, sondern von vielen Einflussfaktoren abhängen, können diese nur durch Messungen ermittelt werden.
Materialanalysen von Beschichtungen werden mit Hilfe der energiedispersiven Röntgenspektroskopie (EDX) am Rasterelektronenmikroskop (REM) durchgeführt.
Die Bestimmung der Streckgrenze einer Beschichtung kann durch eine Eindringprüfung (Nanoindentation) direkt an der Beschichtung erfolgen, ohne dass dafür separate Proben hergestellt werden müssen.