Volvo STD 5714-104 Messung der Dicke von Metall- und Oxidbeschichtungen durch mikroskopische Untersuchung von Abschnitten

Der vom Automobilhersteller Volvo entwickelte Standard „Volvo STD 5714-104 Messung der Dicke von Metall- und Oxidbeschichtungen durch mikroskopische Untersuchung von Abschnitten“ beschreibt ein Testverfahren zur Messung der Dicke von Metallbeschichtungen, Oxidschichten und Porzellan- oder Glasemaillierungen durch mikroskopische Untersuchung eines Abschnitts. Im günstigsten Fall erreicht dieses Verfahren eine absolute Messgenauigkeit von plus/minus 0,8 µm, was die Eignung des Verfahrens zur Messung der Dicke dünner Schichten bestimmt.

Die Proben sollten an einem oder mehreren Punkten der kritischen Oberfläche entnommen werden. Dabei ist darauf zu achten, dass sich die Beschichtung bzw. Schicht nicht verändert hat.

Um die Kanten der Probe während der Testvorbereitung zu schützen, sollten weiche Beschichtungen, wie Kupfer auf Zink und Cadmium, mit einer härteren Schicht überzogen werden, die beim Abschleifen einen guten Kontrast bietet und eine Dicke von mindestens 10 µm aufweist.

Die Proben sollten so montiert werden, dass ein Schnitt senkrecht zur Oberfläche der zu messenden Beschichtung oder Schicht geschliffen werden kann. Eine Abweichung von 10 Grad von der Vertikalen führt zu einem Dickenwert, der etwa 2 Prozent höher ist als die tatsächliche Dicke.

Die Proben sollten in einer Halterung gelagert oder in Kunststoff eingegossen werden, sodass die zu messende Dicke weder durch Temperatur noch Druck beeinflusst wird. Der Abschnitt muss dann geschliffen und poliert werden, um eine für die Messung geeignete Oberfläche zu erhalten.

Um einen maximalen Kontrast zwischen der Beschichtung und dem Grundmetall zu erreichen, empfiehlt es sich, den Anschliff zu ätzen, auch wenn der Kontrast nach dem Polieren ausreichend erscheint. Darüber hinaus werden durch das Ätzen Spuren von weichem Metall entfernt, die bei vorherigen Arbeitsgängen möglicherweise auf das härtere Metall gelangt sind. Einige Schleifmittel sind in der Tabelle der Norm aufgeführt.

Die Messung der Schichtdicke kann mit einer der folgenden Methoden erfolgen:

• Methode A: Untersuchung der Probe unter einem metallurgischen Mikroskop mit einer kalibrierten Mikrometerlinse.
• Methode B: Projektion des Probenbildes auf den Bildschirm eines metallurgischen Mikroskops mit einer genau bestimmten Vergrößerung.

Die tatsächliche Schichtdicke wird ermittelt, indem die projizierte Schichtdicke gemessen und durch den Vergrößerungsfaktor geteilt wird. Anzahl und Verteilung der Messungen sind im Prüfbericht anzugeben.

Kurz gesagt beinhaltet diese Testmethode die Messung der lokalen Dicke von Metall- und Oxidbeschichtungen durch mikroskopische Untersuchung von Abschnitten mit einem optischen Mikroskop. Unter guten Bedingungen kann mit der Methode bei Verwendung eines optischen Mikroskops eine absolute Messgenauigkeit von 0,8 µm erreicht werden. Die Genauigkeit bestimmt die Eignung der Methode zur Messung der Dicke dünner Beschichtungen. Die Genauigkeit hängt vom Mikroskopaufbau und der Probenvorbereitung ab. 0,8 µm sollten nicht als absoluter Wert angesehen werden, sondern sollten eher als Richtlinie verwendet werden. Optische Mikroskope können digitale Bilderfassungsgeräte und Software zur Auswertung dieser Bilder verwenden.

Bei dieser Prüfmethode wird ein Abschnitt der Prüfprobe ausgeschnitten, montiert und der montierte Abschnitt durch geeignete Schleif-, Polier- und Abriebtechniken vorbereitet. Die Dicke des Abschnitts wird mit einem optischen Mikroskop gemessen.

Die Beschichtungsdicke ist ein wichtiger Faktor für die Leistung einer Beschichtung im Betrieb und wird häufig in einer Beschichtungsspezifikation angegeben. Diese Methode eignet sich für Abnahmetests.

Die wichtigsten Faktoren, die das Messergebnis beeinflussen, sind:

• Oberflächenrauheit: Wenn die Beschichtung oder ihr Substrat eine raue Oberfläche aufweist, kann eine oder beide Grenzflächen, die den Beschichtungsquerschnitt begrenzen, zu unregelmäßig sein, um eine genaue Messung zu ermöglichen.
• Verjüngung des Abschnitts: Wenn die Abschnittsebene nicht senkrecht zur Beschichtungsebene verläuft, ist die gemessene Dicke größer als die tatsächliche Dicke. Beispielsweise trägt eine Neigung von 10 Grad von der Vertikalen zu einem Fehler von 1,5 Prozent bei.
• Verformung der Beschichtung: Zu schädliche Verformungen der Beschichtung können durch zu hohe Temperaturen oder Drücke bei der Montage und Profilherstellung weicher oder kalt schmelzender Beschichtungen sowie durch übermäßigen Abrieb spröder Materialien bei der Profilherstellung entstehen.
• Abrundung der Beschichtungskante: Ist die Kante des Beschichtungsabschnitts abgerundet, d. h. der Beschichtungsabschnitt ist an seinen Kanten nicht völlig flach, kann die tatsächliche Dicke mikroskopisch nicht erkannt werden. Durch unsachgemäße Installation, Schleifen, Polieren oder Abrieb kann es zu einer Kantenrundung kommen.
• Überlackieren: Das Überlackieren des Prüflings dient dazu, die Lackkanten bei der Schnittpräparation zu schützen und so einer Fehlmessung vorzubeugen. Das Entfernen von Beschichtungsmaterial während der Oberflächenvorbereitung für eine Überlackierung kann zu einer Unterdickenmessung führen.
• Ätzen: Durch optimales Ätzen entsteht eine klar definierte und schmale dunkle Linie an der Schnittstelle der beiden Metalle. Übermäßiger Abrieb führt zu einer undeutlichen oder breiten Linie, die zu einer ungenauen Messung führen kann.
• Fleckenbildung: Durch unsachgemäßes Polieren kann es dazu kommen, dass sich Flecken zwischen einem Metall und einem anderen Metall bilden, wodurch die tatsächliche Grenze zwischen den beiden Metallen verwischt wird. Die sichtbare Grenze kann eher undeutlich oder sehr unregelmäßig als glatt und klar definiert sein. Um sicherzustellen, dass keine Fleckenbildung vorliegt, sollte die Schichtdicke gemessen und das Polieren, Schleifen und die Schichtdickenmessung wiederholt werden. Eine signifikante Änderung der scheinbaren Dicke weist darauf hin, dass bei einer der Messungen wahrscheinlich eine Verfärbung vorliegt.
• Vergrößerung: Bei gleicher Beschichtungsdicke nehmen die Messfehler im Allgemeinen mit abnehmender Vergrößerung zu. Die Vergrößerung sollte möglichst so gewählt werden, dass das Sichtfeld zwischen dem 1,5- und 3-fachen der Schichtdicke liegt.

Neben den zahlreichen Test-, Mess-, Analyse- und Bewertungsstudien, die unser Unternehmen für Unternehmen in verschiedenen Sektoren durchgeführt hat, bietet es mit seinem geschulten Fachpersonal und seiner hochmodernen technologischen Ausrüstung auch die im Standard „Volvo STD 5714-104 – Messung der Dicke von Metall- und Oxidbeschichtungen durch mikroskopische Untersuchung von Abschnitten“ definierten Testdienste an.