Schichtanalyse
Wir analysieren die Eigenschaften von Beschichtungen als Dienstleistung. Die Beschichtungen werden durch Merkmale wie Schichthärte, Schichtdicke, Haftfestigkeit, Reibwert und die Verschleißbeständigkeit charakterisiert. Diese Merkmale analysieren wir mit einer umfassenden Laborausstattung.
Leistungsübersicht
HÄRTEPRÜFUNG
Die Härteprüfung an Beschichtungen und Lacken erfolgt durch die Mikrohärteprüfung oder die Nanoindentierung. Diese zeichnen sich dadurch als, dass die Prüfkräfte und Eindringtiefen des Prüfkörpers gering sind und die Härte aus der Kraft-Weg-Kurve der Be- und Entlastungsphase bestimmt wird.
SCHICHTDICKENMESSUNG
Der Kalottenschliff ist ein zerstörendes Prüfverfahren für die Schichtdickenmessung von Hartstoffschichten. Hierbei wird mit einer Stahlkugel eine Kalotte auf der zu prüfenden Beschichtung eingeschliffen und anhand der mikroskopischen Messung der Kalotte die Schichtdicke bestimmt.
Die Bestimmung der Schichtdicke kann am präparierten Querschliff erfolgen und dies je nach Schichtdicke mit dem Auflichtmikroskop, Konfokalmikroskop oder Rasterelektronenmikroskop.
Mit der energiedispersiven Röntgenspektroskopie (EDX) am REM werden über die Auswertung der Röntgenstrahlung Schichtdicken von dünnen Beschichtungen im Nanometerbereich berührungslos bestimmt.
Die optische Schichtdickenmessung erfolgt berührungslos mit einem Konfokalmikroskop sowie einem Weißlichtinterferometer oder einem spektroskopischen Reflektometer, welche beide das Prinzip der Interferenz zur Schichtdickenmessung nutzen. Damit können Schichtdicken von transparenten Beschichtungen (z.B. Schutzlacke, Ölfilme) bestimmt werden.
Die berührungslose Schichtdickenmessung auf nicht ferromagnetischem Grundwerkstoff (z.B. Aluminium, Messing, Kupfer, Bronze, Zinkdruckguss, Zinn) erfolgt mit dem Wirbelstromverfahren. Die zu messenden Schichten müssen elektrisch isolierend sein, z. B. Farben, Lacke, Kunststoffe, Eloxalschichten. Beim Wirbelstromverfahren wird üblicherweise eine als Messsonde in einem Gehäuse gekapselte Spule mit hochfrequentem Wechselstrom beaufschlagt. Für diese zerstörungsfreie Schichtdickenmessung nutzt man den Effekt, dass die Spuleninduktivität im Bereich geringer Abstände zwischen der Spule und dem metallischen Untergrund mit zunehmendem Abstand abnimmt.
- Wirbelstromverfahren
Die zerstörungsfreien Schichtdickenmessung auf Eisen bzw. Stahl (ferromagnetischer Grundwerkstoff) erfolgt mit der magnetinduktiven Messmethode. Die zu messenden Schichten müssen unmagnetisch sein, z. B. Lacke, Farben, Kunststoffe, Aluminium, Messing, Kupfer, Chrom, Zink, Zinn. Beim magnetinduktiven Verfahren entsprechen Aufbau der Messsonde und Messdurchführung dem Wirbelstromverfahren, allerdings mit deutlichen niedrigeren Frequenzen. In das durch die Erregerspule erzeugte Magnetfeld wird die zu untersuchende Probe gebracht, wodurch sich die Induktionsspannung in der Messspule ändert und somit die Schichtdicke messbar ist.
- Magnetinduktive Messmethode
Die berührungslose Messung der Schichtdicke über eine Fläche erfolgt mit der Photothermischen Schichtdickenmessung. Bei dieser erwärmt ein frequenzmodulierter Diodenlaser die Randzone des Bauteils und ein Infrarotdetektor misst die reflektierten thermischen Wellen. Diese Methode funktioniert bei allen Arten von Substraten und Geometrien, auch dort wo die klassischen Methoden versagen.
HAFTFESTIGKEITSPRÜFUNG
Die Haftfestigkeitsprüfung von Hartstoffschichten erfolgt üblicherweise mit dem Ritztest. Hierbei wird der Prüfkörper mit konstanter Geschwindigkeit und zunehmender Normalkraft entlang der Oberfläche bewegt, um Adhäsions- und/oder Kohäsionsversagen des Systems Schicht-Grundwerkstoff zu begünstigen.
Eine weitere Methode für die Haftfestigkeitsprüfung von Hartstoffschichten ist die Rockwell-Eindringprüfung. Bei dieser wird ein Rockwell-Prüfkörper senkrecht zur Oberfläche eingedrückt, um Adhäsionsversagen des Systems Schicht/Grundwerkstoff zu begünstigen.
Bei „weichen“ Beschichtungen funktioniert der Ritztest in der Regel nicht. Diese versagen bei mechanischer Beanspruchung durch kohäsives Versagen, also die Auflösung des inneren Zusammenhaltes der Schicht. Die Neigung zu kohäsivem Versagen korreliert mit dem elastischer Anteil der Formänderungsarbeit, der mit der instrumentierten Eindringprüfung (z.B. Nanoindentierung) ermittelt wird.
Die Gitterschnittprüfung nach ISO 2409 wird für die Haftfestigkeitsprüfung von Lackierungen und Kunststoffschichten eingesetzt. Mit dem Gitterschnittgerät werden sechs parallele Schnitte in die Beschichtung bis zum Substrat angebracht. Diese werden anschließend durch sechs im rechten Winkel dazu angelegte Schnitte gekreuzt und dadurch in schachbrettartige Segmente unterteilt. Anhand der Anzahl der abgerissenen Segmente wird die Haftfestigkeit ermittelt.
- Gitterschnittgerät
Die zerstörungsfreie Haftfestigkeitsprüfung von Beschichtungen über eine Fläche erfolgt mit der Photothermischen Randzonenanalyse. Bei dieser erwärmt ein frequenzmodulierter Diodenlaser die Randzone des Bauteils und ein Infrarotdetektor misst die reflektierten thermischen Wellen. Diese Methode funktioniert bei allen Arten von Substraten und Geometrien, auch dort wo die klassischen Methoden versagen.
REIBWERTMESSUNG
Der Reibwert bzw. Reibungskoeffizient einer Beschichtung wird mit einem Tribometer ermittelt. Dazu werden Frequenz, Hub, Prüfkraft und Prüfdauer als Testvariablen vorgegeben. Der Gegenkörper wird mit einer definierten Normalkraft auf einen Grundkörper gedrückt. Der Gegenkörper bewegt sich auf der Grundkörperoberfläche rotatorisch oder translatorisch mit einem sinusförmigen Bewegungsmuster. Die aus der Bewegung des Gegenkörpers auf dem Grundkörper resultierende laterale Reibkraft wird gemessen. Aus dem Beginn der Bewegung wird der Haftreibungskoeffizient bestimmt und während der gesamten Prüfdauer der Gleitreibungskoeffizient aufgezeichnet.
VERSCHLEISSPRÜFUNG
Mit einem Tribometer wird das Verschleißverhalten einer Beschichtung ermittelt. Dazu werden Frequenz, Hub, Prüfkraft und Prüfdauer als Testvariablen vorgegeben. Der Gegenkörper wird mit einer definierten Normalkraft auf einen Grundkörper gedrückt. Der Gegenkörper bewegt sich auf der Grundkörperoberfläche rotatorisch oder translatorisch mit einem sinusförmigen Bewegungsmuster. Nach dem Test wird der Gesamtverschleiß gravimetrisch oder durch optische Vermessung der Verschleißspur bestimmt.
RASTERELEKTRONENMIKROSKOPIE (REM)
Mit einem Rasterelektronenmikroskop werden hochauflösende Bildaufnahmen der Oberflächen mit großer Vergrößerung angefertigt. Dabei tastet ein Elektronenstrahl zeilenförmig die Oberfläche ab und bildet diese mit hoher Tiefenschärfe vergrößert ab.
RÖNTGENSPEKTROSKOPIE (EDX)
Mit der Energiedispersiven Röntgenspektroskopie (EDX) am Rasterelektronenmikroskop erfolgt die Bestimmung der chemischen Elemente zur Ermittlung der Materialzusammensetzung. Diese Methode beruht darauf, dass jedes chemische Element eine charakteristische Röntgenstrahlung aussendet, wenn es durch den Primärelektronenstrahl des REMs angeregt wird.
LEITFÄHIGKEITSMESSUNG
Bei der Rasterkraftmikroskopie „rastert“ eine Messnadel die Oberfläche zeilenweise ab. Durch die Rasterkraftmikroskopie kann die Leitfähigkeit einer Oberfläche ortsaufgelöst bestimmt werden. Mit der leitfähigen Rasterkraftmikroskopie (C-AFM) wird die Topographie eines Materials und der elektrische Stromfluss am Kontaktpunkt der Spitze (Cantilever) gemessen.
Die Härteprüfung von Beschichtungen und Lacken erfolgt durch Mikrohärteprüfung oder Nanoindentierung mit kleinen Prüfkräften. Diese sogenannte instrumentierte Eindringprüfungen erfolgen entweder von der Oberfläche oder im präparierten Querschliff.
Die Schichtdickenmessung wird abhängig von Schichtart, Schichtdicke und Substrat mit dem jeweils passenden Verfahren durchgeführt. Es können Schichtstärken Nanometer- bis zum Mikrometerbereich bestimmt werden.
Die Haftfestigkeitsprüfung dient der Bewertung der Verbindungsfestigkeit zwischen Beschichtung und Substrat oder des inneren Zusammenhaltes der Schicht.
Tribologisch beanspruchte Beschichtungen werden durch das Verschleißverhalten und den Reibwert charakterisiert, wobei diese Merkmale nur im Versuch bestimmt werden können.
Mit dem Rasterelektronenmikroskop (REM) werden hochauflösende Oberflächenanalysen an Beschichtungen bildgebend mit großer Vergrößerung durchgeführt. Mit der energiedispersiven Röntgenspektroskopie (EDX Analyse) am REM werden die chemischen Elemente des Materials bestimmt.
Ortsaufgelöste Messungen der Leitfähigkeit und Adhäsionskraft einer Beschichtung werden mit einem Rasterkraftmikroskop (AFM) bestimmt.