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 Materialanalysen zur Bestimmung der chemischen Elementzusammensetzung erfolgt mit der Energiedispersiven Röntgenspektroskopie (EDX). 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 Schichthärteprüfung erfolgt durch eine Eindringprüfung mit einem entsprechenden Prüfkörper. Dies Härteprüfung erfolgt mit sehr kleinen Prüfkräften und geringen Eindringtiefen des Prüfkörpers, damit dieser nicht zu weit in die Beschichtung eindringt und somit nicht mehr nur die Härte der Beschichtung erfassen würde. Die Härteprüfung an Beschichtungen erfolgt entweder von der Oberfläche oder im polierten Querschliff.
Die Schichtdicke wird je nach Art der Beschichtung und Substrat mit unterschiedliche Verfahren ermittelt und so Schichtdicken vom Mikrometer- bis zum Nanometerbereich bestimmt.
Die Haftfestigkeitsprüfung bestimmt die Verbindungsfestigkeit 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 mit großer Vergrößerung. Mit der Oberflächenmessung werden die Rauheit, Welligkeit und Form einer Oberfläche bestimmt. Daraus werden dann die Profil-Kennwerte 2D und Flächen-Kennwerte 3D nach den entsprechenden Normen ermittelt. Des Weiteren können mit Hilfe der Ergebnisse von optischen dreidimensionalen Messungen Strukturanalysen von speziellen Merkmalen der Oberflächen, wie z.B. Partikel, Poren, Riefen, Schlagstellen und Texturen durchgeführt werden.
Mittels Rasterkraftmikroskopie (AFM) können geringste Unterschiede der Oberflächeneigenschaften bzgl. der elektrischen Oberflächenleitfähigkeit und der Oberflächenadhäsion mit sehr hoher Ortsauflösung bestimmt werden. Dadurch lassen sich beispielsweise die Auswirkungen von Oxidschichten auf der Oberfläche bestimmen.
Der Reibwertmessung und die Verschleißprüfung werden mit einem Tribometer durchgeführt. Da der Reibwert und die Verschleißfestigkeit nicht nur von den Werkstoffeigenschaften bestimmt werden und von vielen Einflussfaktoren abhängen, können diese nur durch Messungen ermittelt werden.
Mit dem am Rasterelektronenmikroskop (REM) verbauten Röntgenstrahldetektor können Materialanalysen von der Beschichtung durch die energiedispersiven Röntgenspektroskopie (EDX) durchgeführt werden.
Die Streckgrenzenbestimmung für eine Beschichtung kann direkt an der Beschichtung durch eine Eindringprüfung (Nanoindentierung) erfolgen, ohne dass dafür gesonderte Proben angefertigt werden müssen.