Schichtanalytik
Wir bieten als Prüflabor an der Dualen Hochschule Karlsruhe und komplette Schichtanalysen als Dienstleistung an.
Leistungsübersicht:
- Schichtdickenmessung
- Haftfestigkeitsprüfung
- Oberflächenanalyse
- Materialidentifikation
- Härteprüfung
- Reibwertmessung
Die Schichtdickenmessung wird je nach Schichtart, Schichtdicke und Substrat mit dem passenden Verfahren durchgeführt. Es stehen zerstörende und nicht zerstörende Messverfahren für die jeweilige Schichtdickenmessung zur Verfügung.
Das Prüfverfahren für die Haftfestigkeitsprüfung einer Beschichtung hängt vom Schichtwerkstoff, der Schichtdicke und dem Substrat ab. Auf Materialien wo die konventionellen Verfahren zur Messung der Schichthaftung nicht anwendbar sind, analysieren wir diese mit der Photothermischen Randzonenanalyse. Dieses ermöglicht die zerstörungsfreie Messung der Haftfestigkeit und Schichtdicke in der Fläche, wodurch Unterschiede ortsaufgelöst bestimmt werden können.
Mit dem Rasterelektronenmikroskop (REM) werden Oberflächenanalysen durchgeführt und tiefenscharfe Aufnahmen der Beschichtung mit großer Vergrößerung angefertigt. Mit dem am REM verbauten Röntgenstrahldetektor kann man ortsaufgelöste Materialidentifikationen über die Energiedispersiven Röntgenspektroskopie (EDX) vornehmen.
Die Härteprüfung von Beschichtungen erfolgt durch die instrumentierte Eindringprüfung (Mikrohärteprüfung oder Nanoindentation) an der Oberfläche oder im präparierten Querschliff.
Der Reibwert wird durch die Relativbewegung eines Prüfkörpers geeigneter Geometrie und Werkstoff über die Oberflächenbeschichtung unter einer definierten Prüfkraft als Verhältnis von Tangential- zu Normalkraft bestimmt.
Übersicht Schichtanalytik:
SCHICHTDICKENMESSUNG
- Beschichtungen auf Stahl, Alu, Kupfer, Messing, Kunststoff, Keramik, Glas
- Kunststoffbeschichtungen
- PVD-, CVD-Beschichtungen
- Galvanische Beschichtungen
- Thermische gespritzte Schichten
- 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.
- Schichtdickenmessung mit Wirbelstromverfahren
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.
- Magnetinduktives Verfahren
Der Kalottenschliff ist zerstörendes Prüfverfahren für die Schichtdickenmessung von harten Schichten. Hierbei wird mit einer Stahlkugel eine Kalotte auf der zu prüfenden harten Beschichtung eingeschliffen und anhand der mikroskopischen Messung der entstehenden Kalotte die Schichtdicke bestimmt.
Das coulometrische Messverfahren eignet sich für metallische Schichtwerkstoffe auf metallischen Substratwerkstoffen, die sich von Schichtwerkstoff unterscheiden müssen. Dabei wird eine definierte Fläche des Schichtwerkstoffs mit konstantem Strom anodisch abgelöst. Nach vollständigem Ablösen der Schicht ändert sich der Spannungswert zwischen Probe und Kathode signifikant.
- Coulometrie
Die Bestimmung der Schichtdicke über eine Stufenmessung und die Schichtdickenmessung im Schliff erfolgt mit dem optischen Messgeräten wie beispielsweise dem Konfokalmikroskop.
Bei der Photothermischen Randzonenanalyse wird ein frequenzmodulierter Diodenlaser über die Oberfläche geführt und diese erwärmt. Durch die Messung der reflektierten thermischen Wellen ist es möglich die Dicke einer Beschichtung zu messen. Das Verfahren arbeitet zerstörungsfrei und ist in der Lage die Schichtdicken über eine Fläche zu bestimmen und lokale Unterschiede festzustellen. Es funktioniert bei allen Arten von Substraten und Geometrien.
SCHICHTDICKENMESSUNG OPTISCH
- Folien
- Fotolacke
- Schutzlacke
- Antireflexschichten
- Optische Schichten
Bei der optischen Schichtdickenmessung mit einem spektroskopischen Reflektometer nutzt man den Effekt, dass beim Auftreffen von Licht auf eine Grenzfläche zwischen zwei Medien mit unterschiedlichem Brechungsindex ein Teil der Strahlung reflektiert und ein anderer transmittiert wird. Die unterschiedliche Länge der zurückgelegten Wege der Teilstrahlen führt zum Gangunterschied und damit zur relativen Phasenverschiebung, welche proportional zur Schichtdicke der dünnen transparenten Schicht ist.
HAFTFESTIGKEITSPRÜFUNG
- Beispiele für Haftfestigkeitsprüfungen
- Hartstoffschichten (PVD, CVD)
- Galvanische Schichten (dekorativ, funktional)
- Charakterisierung von Hart-Eloxal-Schichten
- Elektronische Steckkontakte
Eine Möglichkeit er Prüfung der Haftfestigkeit von Beschichtungen ist der Ritztest (Scratch Test), der insbesondere bei Hartstoffschichten eingesetzt wird. Dabei wird ein Prüfkörper bekannter Geometrie mit ansteigender Kraft über eine Oberfläche bewegt und die kritischen Lastwerte des Schichtversagens bestimmt. Dieser Test wird in modifizierter Weise auch für die Haftfestigkeitsprüfung von weichen Schichten eingesetzt.
Eine weitere Methode für die Haftfestigkeitsprüfung von harten Beschichtungen ist der Rockwell-Eindringtest. Hierzu wird mit der Härteprüfmaschine ein Rockwell Prüfkörper senkrecht zur Oberfläche eingedrückt und dann anhand des Erscheinungsbildes des Schichtversagens die Haftfestigkeitsklasse bestimmt.
Der Gitterschnitttest erfolgt hauptsächlich für die Haftfestigkeitsprüfung von Lackierungen und Kunststoffen. Hierzu wird mit einem speziellen Mehrschneidengerät ein bis zum Substrat durchgehendes Gitter in die Beschichtung geschnitten.
- Gitterschnittprüfgerät
Bei der Photothermischen Randzonenanalyse wird ein frequenzmodulierter Diodenlaser über die Oberfläche geführt und diese erwärmt. Durch die Messung der reflektierten thermischen Wellen ist es möglich die Dicke einer Beschichtung zu messen. Das Verfahren arbeitet zerstörungsfrei und ist in der Lage die Schichhaftung über eine Fläche zu bestimmen und lokale Unterschiede festzustellen. Es funktioniert bei allen Arten von Substraten und Geometrien.
HÄRTEPRÜFUNG BESCHICHTUNG
- Härteprüfung in Mikrobereichen
- Härteprüfung von Gefügebestandteilen
- Plastische und elastische Eigenschaften von Lackschichten
- Härteprüfung galvanische Schichten
- Härteprüfung PVD- und CVD-Beschichtungen
Die Härteprüfung einer Beschichtung erfolgt als Mikrohärteprüfung oder bei dünnen Schichten durch Nanoindentation. Je nach Schichtdicke und Schichart wird die Messung der Härte ohne Probenpräparation an der Oberfläche durchgeführt oder im präparierten Querschliff.
RASTERELEKTRONEN MIKROSKOPIE (REM)
Mit der Rasterelektronenmikroskopie (REM) werden tiefenscharfe Oberflächenanalysen hoher Vergrößerung durchgeführt. Bei einem REM wird die Probenoberfläche anstatt mit Licht durch Elektronenstrahlen vergrößert abgebildet. Der Elektronenstrahl wird zeilenförmig über das Objekt geführt und die hierbei stattfindende Wechselwirkung zur Erzeugung eines Bildes des Objekts genutzt.
MATERIALIDENTIFIKATION (EDX)
Die Methode Energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDX-Analyse) ist ein Verfahren der Röntgenmikroanalyse und wird zur Materialidentifikation (Elementanalyse) am Rasterelektronenmikroskop (REM) eingesetzt. Diese beruht darauf, dass jedes chemische Element eine charakteristische Röntgenstrahlung aussendet, wenn es angeregt wird.
REIBWERTMESSUNG
Um den Reibwert zu messen wird mit einer Relativgeschwindigkeit über eine Oberfläche bewegt und dabei das Verhältnis von Tangential- zu Normalkraft bestimmt. Da der Reibwert eine Systemeigenschaft ist, kann dieser nur durch eine Messung ermittelt werden, die wir mit dem Mikro-Ritztester (bzw. -Scratchtester) durchführen.