Schichtcharakterisierung
Wir sind ein Prüflabor an der Dualen Hochschule Karlsruhe und bieten Beschichtungsanalysen von unterschiedlichen Schichtarten und Substraten als Auftragsmessungen an. Wir messen für Sie die folgenden Merkmale einer Beschichtung:
- Schichtdicke
- Schichthaftfestigkeit
- Schichtzusammensetzung
- Schichthärte
- Reibungskoeffizient
Die Schichtdickenmessung wird je nach Schichtart, Schichtdicke und Substrat mit dem jeweils am besten geeigneten Verfahren durchgeführt. Je nach Verfahren können die Schichtdicken von Einzelschichten oder von Multilagen-Schichtsystemen bestimmt werden. Eine besondere Methode der Schichtdickenmessung ist die Photothermischen Randzonenanalyse. Diese ermöglicht die Schichtdicke über eine Fläche zu bestimmen und somit lokale Unterschiede zur Prozessoptimierung zu erfassen. Diese wird auch bei Substraten eingesetzt wo die konventionellen Verfahren nicht anwendbar sind.
Für die Haftfestigkeitsprüfung einer Beschichtung stehen ebenfalls die jeweils passenden Prüfverfahren. Die Materialzusammensetzung der Beschichtung wird mit der Energiedispersiven Röntgenmikroanalyse (EDX) am Rasterelektronenmikroskop (REM) bestimmt. Die Härteprüfung von Beschichtungen erfolgt durch Messung der Mikrohärte an der Oberfläche oder der Nanohärte im präparierten Querschliff. Die Messung des Reibungskoeffizienten erfolgt durch kontinuierliche Messung von Quer- und Normalkraft während eines Scratchtests mit dem Mikro-Ritztester.
Leistungsübersicht Schichtcharakterisierung:
SCHICHTDICKENMESSUNG
- Beschichtungen auf Stahl
- Beschichtungen auf Alu, Kupfer, Messing
- Beschichtungen auf 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 die Schichtdickenmessung nutzt man den Effekt, dass die Spuleninduktivität im Bereich geringer Abstände zwischen der Spule und dem metallischen Untergrund mit zunehmendem Abstand abnimmt.
- Wirbelstromverfahren für Schichtdickenmessung
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 für Schichtdickenmessung
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 für Schichtdickenmessung
Eine weitere Methode für die Messung der Schichtdicke ist die Stufenmessung oder im präparierten Querschliff mit einem hochauflösenden optischen Konfokalmikroskop.
Mit der Photothermischen Randzonenanalyse kann die Schichtdicke einer Beschichtung sowohl lokal als auch kontinuierlich über eine Fläche gemessen werden. Diese Schichtdickenmessung funktioniert auch auf Substraten, wo die konventionellen Verfahren nicht anwendbar sind, wie z.B. Keramik, Glas, poröse Schichten.
OPTISCHE SCHICHTDICKENMESSUNG
- Folien
- Fotolacke
- Oxide
- Nitride
- Antireflexschichten
- Filterschichten
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.
HAFTFESTIGKEITSPRÜFUNG
Die Prüfung der Haftfestigkeit von harten Beschichtungen kann mit dem Ritztest (Scratch Test) erfolgen. Dabei wird ein Prüfkörper bekannter Geometrie mit ansteigender Kraft über eine Oberfläche bewegt und die kritischen Lastwerte des Schichtversagens bestimmt.
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 für Haftfestigkeitsprüfung
MATERIALZUSAMMENSETZUNG
Die Materialzusammensetzung der Beschichtung wird mit der Energiedispersiven Röntgenspektroskopie (EDX Analyse) vorgenommen. Der Detektor ist am Rasterelektronenmikroskop (REM) verbaut und ermöglicht die chemische Elementanalyse des oberflächennahen Materials.
HÄRTEPRÜFUNG BESCHICHTUNGEN
Die Härteprüfung an Beschichtungen erfolgt als Mikrohärtemessung mit geringer Prüfkraft und kleiner Eindringtiefe des Vickers- oder Knoop-Prüfkörpers. Je nach Schichtdicke und Schichart wird dies ohne Probenpräparation an der Oberfläche durchgeführt oder im präparierten Querschliff wo auch Härteverläufe bestimmt werden können.
MESSUNG REIBUNGSKOEFFIZIENT
Zur Messung des Reibungskoeffizienten wird ein Prüfkörper mit ansteigender Kraft über eine Oberfläche bewegt und dabei über die Querkraftmessung der Reibungskoeffizient bestimmt. Da der Reibungskoeffizient eine Systemeigenschaft eines tribologischen Systems darstellt, kann dieser nur durch eine Messung ermittelt werden.