Schichtdickenmessung
Stimmt bei Beschichtungen die Schichtdicke nicht kann es zu einer Fehlfunktion kommen oder sogar zum Versagen eines Schichtsystems und dadurch sogar zum Ausfall des gesamten tribologisches Systems. Wir ermitteln mit dem jeweils passenden Verfahren zur Schichtdickenmessung die Stärke einer Beschichtung und bieten dies als Dienstleistung an. Dabei werden im Steinbeis-Transferzentrum Schichtdicken vom Mikrometerbereich bis zum Nanometerbereich sowie von Einzelschichten und Mehrschichtsystemen bestimmt.
Die Schichtdicke einer Beschichtung kann über eine Bauteiloberfläche sehr unterschiedlich sein. Da eine zu geringe Schichtdicke zum Versagen führen kann, ist es wichtig überall eine Mindestschichtdicke sicher zu stellen. Das die klassischen Verfahren nur lokale Informationen über die Schichtstärke liefern, verwenden wir zur Flächenmessung der Schichtdicke die photothermische Schichtdickenmessung.
Verfahren
- Kalottenschleifverfahren
- Querschliffverfahren
- Optischen Schichtdickenmessung
- Stufenmessung
- Wirbelstromverfahren
- Magnetinduktives Messverfahren
- Potothermische Schichtdickenmessung
- EDX Schichtdickenmessung
Beispiele für Beschichtungen:
- PVD-Schichten
- CVD-Schichten
- Galvanische Schichten
- Dünnschichten
- Schichtsysteme
- Lacke
- Schutzlacke
- Ölfilme
- Folien
Gerne erstellen wir Ihnen ein Angebot für Schichtdickenmessungen.
Schichtdicken messen – Verfahren
Das Kalottenschleifverfahren ist ein zerstörendes Verfahren für die Schichtdickenmessung von Hartstoffschichten. Hierbei wird durch das Kalottenschleifgerät mit einer Stahlkugel eine Kalotte auf der zu prüfenden Beschichtung eingeschliffen und anhand der mikroskopischen Messung der entstandenen Kalotte die Schichtdicke berechnet.
Die Schichtdickenmessung durch das Querschliffverfahren erfolgt mit dem Auflichtmikroskop, einem Konfokalmikroskop oder bei geringen Schichtdicken einem Rasterelektronenmikroskop (REM), welches eine sehr gute laterale Auflösung hat.
Schichtdickenmessung mittels REM am Querschliff
Die optische Schichtdickenmessung dient der zerstörungsfreien Schichtdickenmessung von transparenten Schichten, wie z.B. Schutzlacke, Ölfilme und Folien. Die optische Schichtdickenbestimmung erfolgt zerstörungsfrei und dazu kommen unterschiedliche Verfahren zum Einsatz, z.B. Konfokalmikroskopie, Weißlichtinterferometrie und spektroskopische Reflektometrie. Dabei nutzt man grundsätzlich die Eigenschaft, dass beim Auftreffen von Licht auf eine Grenzfläche zwischen zwei Medien mit unterschiedlichem Brechungsindex ein Teil der Strahlung reflektiert und ein anderer transmittiert wird.
Das Wirbelstromverfahren wird für die Schichtdickenmessung auf nicht ferromagnetischem Grundwerkstoff (z.B. Aluminium, Kupfer, Bronze, Messing, Zinn, Zink) eingesetzt und ist ein zerstörungsfreies Verfahren. Die zu messenden Schichten müssen elektrisch isolierend sein, z. B. Lacke, Farben, Kunststoffe, Eloxalschichten. Beim Wirbelstromverfahren wird üblicherweise eine als Messsonde in einem Gehäuse gekapselte Spule mit hochfrequentem Wechselstrom beaufschlagt. Für das Wirbelstromverfahren nutzt man den Effekt, dass die Spuleninduktivität im Bereich geringer Abstände zwischen der Spule und dem metallischen Untergrund mit zunehmendem Abstand abnimmt.
Die Schichtdickenmessung von Beschichtungen auf Eisen bzw. Stahl (ferromagnetischer Grundwerkstoff) erfolgt mit dem magnetinduktiven Verfahren, was zu zerstörungsfreien Verfahren zählt. Die zu messenden Schichten müssen unmagnetisch sein, z. B. Farben, Lacke, Kunststoffe, Aluminium, Chrom, Kupfer, Messing, Zinn, Zink. 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.
Mit der Photothermischen Schichtdickenmessung erfolgt die Schichtdickenmessung zerstörungsfrei. Die Schichtdicke kann hierbei nicht nur an einzelnen Stellen sondern über eine Fläche gemessen werden, so dass lokale Unterschiede sichtbar werden. Diese Art der Schichtdickenmessung funktioniert auch auf Substraten, wo die konventionellen Verfahren nicht anwendbar sind, wie z.B. Keramik, Glas, porösen Schichten.
Mit der energiedispersiven Röntgenspektroskopie (EDX) am REM wird über die Auswertung der Röntgenstrahlung die Schichtdicke von Einzelschichten oder Mehrschichtsystemen bestimmt. Dieses Verfahren wird bei sehr dünnen Schichten mit Stärken im Nanometerbereich eingesetzt und gehört zu den Verfahren der zerstörungsfreien Schichtdickenmessung. Die Probe wird dafür mit verschiedenen Beschleunigungsspannungen über die Tiefe “abgerastert”.
Über eine Stufenmessung wird beispielsweise die Schichtdicke einer Beschichtung auf der Oberfläche bestimmt. In der ISO 18452 ist die Durchführung als taktile Messung beschrieben, wobei aber in der heutigen Zeit die Messungen mit optischen Messgeräten berührungslos durchgeführt werden.