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Ruppex

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Dienstag, 24. August 2010, 08:22

9 Prüfung von Spritzschichten

Aufgrund der Vielzahl der Prozessparameter beim Thermischen Spritzen und der damit verbundenen möglichen Fehlerfaktoren ist die Prüfung von gespritzten Schichten zur Qualitätssicherung unverzichtbar. Während bei der Serienproduktion kleiner Bauteile ohne weiteres einzelne Musterstücke geprüft werden können, erfordern große massereiche Bauteile die Anfertigung von Referenzproben. Beim Beschichten derartiger Proben ist darauf zu achten, dass die Wärmeführung im Prozess, insbesondere die Bauteiltemperatur, vergleichbar zum realen Bauteil ist.
Das wichtigste Werkzeug zur Bestimmung der Schichtqualität ist die metallografische Schliffuntersuchung und -prüfung. Zu diesem Zweck werden an repräsentativen Stellen des Bauteils Proben entnommen. Beim Heraustrennen gelten die gleichen Anforderung wie bei der mechanischen Bearbeitung von Spritzschichten (Abschnitt 8.1), d.h. die Belastungen dürfen keine Schädigung der Schicht oder des Schicht-Substrat-Verbundes hervorrufen. Nach diversen Schleif- und Polierstufen, vom groben zum feinen Korn, sollten sowohl Schicht als auch Substrat kratzerfrei und ohne Präparationsartefakte vorliegen. Hilfestellung zur Auswahl der Präparationsmittel und -methoden gibt das DVS-Merkblatt 2310-1.
Die hergestellten Schliffe können für folgende Untersuchungsmethoden eingesetzt werden (Auswahl der gebräuchlichsten Techniken):

- Lichtmikroskopie (LiMi),
- Rasterelektronenmikroskopie (REM),
- Energiedispersive Röntgenfeinbereichsanalyse (EDX),
- Porositätsmessung (digitale Bildverarbeitung),
- Schichtdickenmessung,
- Kleinlasthärtemessung und
- Nanoindentation (ortsaufgelöste E-Modul- und Härtemessung).

Von besonderer Bedeutung für die Einschätzung der Schichtqualität ist die Bestimmung der Haftzugfestigkeit. Dazu werden gemäß DIN EN 582 Gegenkörper auf beschichtete Prüfkörper (Zylinder mit 40 mm oder 25 mm Durchmesser und beschichteter Stirnfläche) aufgeklebt und nach Aushärten des Klebers in einer Zugmaschine so stark belastet, bis ein Abreißen der Schicht erfolgt. Für eine korrekte Prüfung muss eine Vielzahl von Voraussetzungen erfüllt sein. Der Kleber mit ausreichend hoher Festigkeit darf die Schicht nicht infiltrieren. Die Proben müssen zentrisch und ohne Winkelversatz geklebt werden. Eine sinnvolle Auswertung der Ergebnisse ist nur dann möglich, wenn die Schichten über dem gesamten Probenquerschnitt vollständig vom Substrat abgelöst wurden. Weitere wichtige Prüfverfahren zur Bestimmung der Gebrauchseigenschaften von Schichten sind die:

- Verschleißprüfung (z.B. Scratchtest, Rubber-Wheel-Test, Millertest, Taber-Abraser-Test, Stift-Scheibe-Test),
- Korrosionsprüfung (z.B. Salzsprühnebeltest, Kesternichtest, Stromdichte-Potenzial-Messung),
- Mikro- und Makrohärteprüfung (z.B. nach Vickers, Rockwell oder Brinell) und
- Biege- und Mikrobiegeprüfung.

Neben den genannten Methoden existieren eine Reihe zerstörungsfreier Prüfverfahren. Deren Vorteile sind die Einsatzmöglichkeiten bei großen Bauteilen, für die nicht ohne weiteres Referenzproben bzw. Musterstücke hergestellt werden können, und bei der Qualitätssicherung in der automatisierten Fertigung. Je nach Anwendung sind verschiedene Schichteigenschaften von Interesse. Von besonderer Bedeutung sind in der Regel die Schichtdicke, die Oberflächenrauheit und Aussagen über Schichtinhomogenitäten wie Risse, Delaminationen, Lunker und Einschlüsse. Die wichtigsten Verfahren für das zerstörungsfreie Prüfen von Spritzschichten sind nachfolgend aufgeführt (siehe auch DVS Merkblätter 2303-1, 2303-2 und 2303-3). Um die Qualität der Messungen abzusichern, empfiehlt sich die Kalibrierung der entsprechenden Apparaturen bzw. die Bewertung von Referenzproben anhand von Schliffen.

a) Schichtdickenmessung:
- Haftkraftverfahren
- Magnetinduktive Verfahren
- Wirbelstromverfahren
- Kapazitätsmessverfahren
- Thermoelektrische Methode
- Ultraschall-Impuls-Echo-Verfahren
- β-Rückstreuverfahren

b) Rauheitsmessung:
- Tastschnittverfahren
- Optische Verfahren (bspw. Streifenlichtprojektion, Streulicht-Verfahren, Fokus-Detektor-Verfahren)
- Atomkraftmikroskopie

Die Rauheitsmessung kann am Originalbauteil oder an Replikas (Abdrücke) der O-berfläche erfolgen. Zur Herstellung von Replikas werden Pasten bzw. Lacke auf die Oberfläche aufgetragen, ausgehärtet, von der Oberfläche entfernt und unter Beachtung, dass es sich um ein Negativ handelt, geprüft.

c) Prüfung innerer Schichteigenschaften:
- Farbeindringprüfung (Risse)
- Thermografie (Risse, Delaminationen, Einschlüsse, Poren)
- Akustische Oberflächenwellen (Mechanische Eigenschaften wie E-Modul und Härte)


(c) Dr.-Ing. Christian Rupprecht (Verwendung von Text- und Bildmaterial nur mit ausdrücklicher Erlaubnis)

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