Schichtanalyse
Wir analysieren die Eigenschaften von Beschichtungen als Dienstleistung. Die Beschichtungen werden durch Merkmale wie Schichthärte, Schichtdicke, Haftfestigkeit, Reibwert und die Verschleißbeständigkeit charakterisiert.
Leistungsübersicht
HÄRTEPRÜFUNG BESCHICHTUNG
Die Härteprüfung an Beschichtungen und Lacken erfolgt durch die Mikrohärteprüfung oder bei dünnen Schichten durch 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-Analyse) am REM werden über die Auswertung der Röntgenstrahlung Schichtdicken von dünnen Beschichtungen im Bereich von Nanometern bestimmt.
Die optische Schichtdickenmessung von transparenten Beschichtungen (z.B. Lacke, Ölfilme) erfolgt berührungslos mit einem Konfokalmikroskop sowie einem Weißlichtinterferometer oder einem spektroskopischen Reflektometer, welche beide das Prinzip der Interferenz zur Schichtdickenmessung nutzen.
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, die mit einer Härteprüfmaschine durchgeführt wird. Bei dieser wird ein Rockwell-Prüfkörper senkrecht zur Oberfläche eingedrückt, um Adhäsionsversagen des Systems Schicht/Grundwerkstoff zu begünstigen.
Weiche Beschichtungen 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 beispielsweise mit einem Nanoindenter bestimmt 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 eines tribologischen Systems wird mit einem Tribometer gemessen. Dazu werden Frequenz, Hub, Prüfkraft und Prüfdauer als Prüfgrößen vorgegeben. Der Prüfkörper wird hierzu unter einer definierten Normalkraft über einen Gegenkörper bewegt. Dabei wird die Tangentialkraft gemessen und aus dem Verhältnis zur Normalkraft der Reibwert µ berechnet. Reibwerte können nur aus Messungen bestimmt werden, da diese nicht stoffspezifisch sind.
VERSCHLEISSPRÜFUNG
Mit einem Tribometer wird das Verschleißverhalten von tribologischen Systemen ermittelt. Dazu werden Frequenz, Hub, Prüfkraft und Prüfdauer als Prüfvariablen vorgegeben. Der Prüfkörper wird hierzu unter einer definierten Normalkraft über einen Gegenkörper rotatorisch oder translatorisch bewegt. Nach dem Test wird der Verschleiß gravimetrisch oder durch optische Vermessungen bestimmt.
RASTERELEKTRONENMIKROSKOPIE (REM)
Mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM) werden hochauflösende Oberflächenanalysen durchgeführt und Aufnahmen mit großer Vergrößerung angefertigt. Dabei rastert ein Elektronenstrahl die Oberfläche zeilenförmig ab, wodurch eine sehr hohe Ortsauflösung erreicht wird. Damit können Aufnahmen der Topographie als auch Materialkontrastbilder angefertigt werden.
RÖNTGENSPEKTROSKOPIE (EDX)
Mit der Energiedispersiven Röntgenspektroskopie (EDX-Analyse) am REM werden Materialanalysen durchgeführt, indem die chemischen Elemente des Werkstoffes qualitativ und quantitativ bestimmt werden. Die Methode beruht darauf, dass jedes chemische Element eine charakteristische Röntgenstrahlung aussendet, wenn es durch den Elektronenstrahl des REM angeregt wird.
LEITFÄHIGKEITSMESSUNG
Die ortsaufgelöste Leitfähigkeit einer Oberfläche wird durch ein Rasterkraftmikroskop (AFM) bestimmt, bei dem eine Messnadel (Cantilever) die Bauteiloberfläche sehr präzise abrastert. Bei der leitfähigen Rasterkraftmikroskopie (C-AFM) wird der elektrische Stromfluss am Kontaktpunkt des Cantilevers gemessen.
Die Härteprüfung von Beschichtungen und Lacken erfolgt durch die Mikrohärteprüfung oder bei dünnen Beschichtungen durch die Nanoindentierung. 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.
Zur Charakterisierung von tribologisch beanspruchten Beschichtungen dienen die Reibwertmessung und die Verschleißprüfung. Diese werden durch Prüfmethoden der Modelltribologie bestimmt.
Mit der Rasterelektronenmikroskopie (REM) werden hochauflösende Oberflächenanalysen an Beschichtungen durchgeführt und Bildaufnahmen mit großer Vergrößerung angefertigt. Mit der energiedispersiven Röntgenspektroskopie (EDX Analyse) am REM werden die chemischen Elemente des Werkstoffes zur Materialanalyse bestimmt.
Die ortsaufgelöste Leitfähigkeit einer Beschichtung wird mit einem Rasterkraftmikroskop (AFM) durchgeführt.