Schichtanalyse
Wir analysieren als die Eigenschaften von Beschichtungen als Dienstleistung. Die Beschichtungen werden durch die Schichthärte, die Schichtdicke, die Haftfestigkeit, den Reibwert und die Verschleißbeständigkeit bei Reibsystemen charakterisiert. Diese Merkmale analysieren wir mit unserer 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 können über die Auswertung der Röntgenstrahlung Schichtdicken von dünnen Schichten ab 10 nm bestimmt werden.
Die optische Schichtdickenmessung erfolgt mit einem Konfokalmikroskop, einem Weißlichtinterferometer oder einem spektroskopischen Reflektometer. Damit können Schichdicken von dünnen optisch transparenten Beschichtungen (z.B. Ölfilme, Klarlacke) bestimmt werden.
Die zerstörungsfreie 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 zerstörungsfreie 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
Üblicherweise erfolgt die Haftfestigkeitsprüfung von Hartstoffschichten 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.
Weiche Schichten versagen durch kohäsives Versagen bei mechanischer Beanspruchung, also die Auflösung des inneren Zusammenhaltes der Schicht. Das Neigung zu kohäsivem Versagen bewerten wir anhand durch Materialkennwerte, die mit der instrumentierten Eindringprüfung ermittelt werden.
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 REM werden für Materialanalysen die chemischen Elemente qualitativ und quantitativ ortsaufgelöst erfasst. Die Methode beruht darauf, dass jedes chemische Element eine charakteristische Röntgenstrahlung aussendet, wenn es 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 die instrumentierte Eindringprüfung mit geringen Prüfkräften und Eindringtiefen. Diese bezeichnet man in Abhängigkeit von der Prüfkraft als Mikrohärteprüfung oder als Nanoindentierung. Die Härteprüfung erfolgt entweder von der Oberfläche in die Tiefe oder im präparierten Querschliff.
Die Schichtdickenmessung wird abhängig von Schichtart, Schichtdicke und Substrat mit verschiedenen Messverfahren für die Schichtstärkenbestimmung durchgeführt.
Die Haftfestigkeitsprüfung dient der Bewertung der Verbindungsfestigkeit zwischen Beschichtung und Substrat (adhäsive Haftfestigkeit) oder des inneren Zusammenhaltes der Schicht (kohäsive Haftfestigkeit).
Prüfmethoden mit abgesicherter Präzision sind bei tribologisch beanspruchten Beschichtungen unverzichtbar. Die Modelltribologie bietet dafür Verfahren an, die mit vertretbarem zeitlichem und wirtschaftlichem Aufwand sichere Ergebnisse liefern. Durch diese wird der Reibwert und das Verschleißverhalten einer Beschichtung bestimmt.
Mit dem Rasterelektronenmikroskop (REM) werden hochauflösende Oberflächenanalysen bildgebend mit großer Vergrößerung durchgeführt. Mit der energiedispersiven Röntgenspektroskopie (EDX Analyse) am REM werden die chemischen Elemente der Beschichtung bestimmt.
Ortsaufgelöste Messungen der Oberflächenleitfähigkeit einer Beschichtung mit Auflösungen im Submikrometerbereich werden mit einem Rasterkraftmikroskop vorgenommen.