ASTM B636/B636M-15 Standardprüfverfahren zur Messung der inneren Spannung von mit Spiralkontraktom beschichteten Metallbeschichtungen

Der von der American Society for Testing and Materials (ASTM) entwickelte Standard „ASTM B636/B636M-15 Standardtestmethode zur Messung der inneren Spannung von mit Spiralkontraktom beschichteten Metallbeschichtungen“ beschreibt die Verwendung von Spiralkontraktomen zur Messung der inneren Spannung von Metallbeschichtungen, die aus Beschichtungslösungen auf einer Spiralkathode hergestellt werden. Dieses Prüfverfahren ist bei elektrolytischen und autokatalytischen Ablagerungen anwendbar.

Für die Zwecke dieser Norm gelten die folgenden Begriffe und Definitionen:

• Unter Druckspannung versteht man die Spannung, die eine Ausdehnung eines Sediments verursacht.
• Interne Spannung bezieht sich auf die Nettospannung, die im Sediment verbleibt, wenn es keinen äußeren Kräften ausgesetzt ist. Durch innere Spannungen werden die Ablagerungen tendenziell komprimiert oder gedehnt.
• Unter Zugspannung versteht man die Spannung, die zum Schrumpfen eines Sediments führt.

Das Prüfverfahren zur Spannungsmessung mit einem Spiralzähler basiert auf dem Aufbringen einer Beschichtung auf die Außenseite einer Spirale. Die Helix entsteht, indem ein Streifen um einen Zylinder gewickelt und anschließend geglüht wird. Während des Betriebs ist ein Ende der Spirale fixiert und das andere kann sich bei auftretenden Spannungen bewegen. Das freie Ende ist über Zahnräder, die die Bewegung der Spirale verstärken, mit einer Anzeigenadel verbunden. Beim Beschichten der Spirale führt die Spannung in der Ablagerung dazu, dass sich die Spirale enger wickelt oder entspannt, je nachdem, ob es sich um eine Druckspannung (−) oder eine Zugspannung (+) handelt. Aus der Stärke der Nadelauslenkung und weiteren Daten wird die innere Spannung berechnet. Durch Instrumentenmodifikationen kann die Bewegung der Helix elektronisch und nicht wie oben beschrieben mechanisch gemessen werden.

Bei richtiger Verwendung liefert das Spiralkontraktometer über einen weiten Bereich von Spannungswerten wiederholbare Ergebnisse. Mit dieser Methode können innere Spannungsgrenzen festgelegt werden, die sowohl vom Käufer als auch vom Hersteller beschichteter oder galvanisch geformter Teile verwendet werden können.

Eine Beschichtung mit großen Zugspannungen verringert die Dauerfestigkeit eines Produkts aus hochfestem Stahl. Um dies zu minimieren, können maximale Spannungsgrenzen festgelegt werden. Zu den weiteren Eigenschaften, die durch die Belastung beeinflusst werden, zählen Korrosionsbeständigkeit, Dimensionsstabilität, Rissbildung und Abblättern.

Bei der Steuerung von Galvanoformungslösungen sind die Auswirkungen der Spannung allgemein bekannt und eine Steuerung der Spannung ist häufig erforderlich, um eine brauchbare Galvanoform zu erhalten. Es können innere Spannungsgrenzen ermittelt und für die Produktionssteuerung vorgegeben werden.

Die mit einem Spiralzähler ermittelten inneren Spannungswerte spiegeln nicht unbedingt die inneren Spannungswerte eines mit derselben Lösung beschichteten Teils wider. Die interne Spannung variiert in Abhängigkeit von vielen Faktoren wie Beschichtungsdicke, Substratvorbereitung, Stromdichte und Temperatur sowie Lösungszusammensetzung. Eine engere Korrelation wird erreicht, wenn die Testbedingungen mit den Bedingungen übereinstimmen, die beim Beschichten des Teils verwendet werden.

Zu den Faktoren, die die Genauigkeit beeinflussen, gehören:

• Abweichungen bei der Helixpräparation können zu erheblichen Ergebnisänderungen führen.
  • Das Stoppmaterial sollte gleichmäßig auf der Innenseite der Wendel aufgetragen werden. Das Anschlagmaterial sollte dünn und flexibel sein, damit sich die Spirale während des Tests frei bewegen kann. Ein Beschichtungsgewicht von weniger als 3 mg/Zoll ist ausreichend. Die Innenseite sollte mit einer inerten, flexiblen Beschichtung abgedichtet werden. Ein akzeptables Stoppmaterial ist Microstop. Ein Teil Microstop wird vor Gebrauch mit zwei Teilen Aceton verdünnt. Eventuell auf der Innenseite der Wendel abgelagertes Nickel hat einen gegenteiligen Effekt.
  • Spiralen, die innen dauerhaft mit TFH-Fluorkohlenwasserstoff beschichtet sind, können bei Tests mit Spannungen nahe Null zu unterschiedlichen Ergebnissen führen.
  • Änderungen der Sauberkeit und Oberflächenvorbereitung der Helix vor dem Test können zu unterschiedlichen Ergebnissen führen. Beispielsweise sollte die Elektroreinigung der Wendel immer kathodisch erfolgen und hinsichtlich Stromstärke, Zeit und Temperatur kontrolliert werden. Durch anodische Reinigung können in dieser Phase große Unterschiede erzielt werden. Eine abrasive Reinigung der Wendel und die Verwendung von Schleifmitteln sollte vermieden werden.
  • Sehr feine Sedimente (weniger als etwa 3 µm) werden stärker von den Oberflächenbedingungen und der Helixpräparation beeinflusst als gröbere Sedimente.
• Die innere Spannung variiert mit der beim Galvanisieren verwendeten Stromdichte. Die Veränderung ist nicht vorhersehbar und hängt vom abgeschiedenen Metall, Verunreinigungen oder Zusätzen und dem betrachteten Stromdichtebereich ab. Es ist wichtig, dass der Strom während des gesamten Spannungstests gemessen und genau kontrolliert wird. Die Stromänderungen sollten unter 2 Prozent gehalten werden.
• Da die Temperatur der Beschichtungslösung die innere Spannung beeinflussen kann, sollte sie während des Tests innerhalb von 2 Grad gehalten werden. Der Anfangsruhepunkt und der Endruhepunkt des Messgeräts werden bei der Betriebstemperatur der Beschichtungslösung gemessen, um thermische Spannungen auszuschließen.
• Die Zusammensetzung der Lösung sollte sich während des Tests nicht ändern. Wenn die Wiederholbarkeitstests bestanden werden, kann grundsätzlich davon ausgegangen werden, dass sich die Lösung während der Testläufe nicht verändert hat. Wenn umgekehrt die Wiederholbarkeitstests nicht bestanden werden, sollte die Beschichtungslösung analysiert werden, um festzustellen, ob sich während des Tests die Zusammensetzung der Lösung geändert hat.
  • Bei Tests an Galvanisierungslösungen unter Verwendung unlöslicher oder inerter Anoden kann es während des Tests zu erheblichen Lösungsänderungen kommen.
  • Beim Testen autokatalytischer Beschichtungslösungen können die Komponenten der Beschichtungslösung während des Tests erheblich erschöpft sein, wenn sie nicht regeneriert werden.
• Es besteht eine Beziehung zwischen der zu beschichtenden Oberfläche und dem Volumen der autokatalytischen Beschichtungslösungen, die den Charakter der Ablagerung beeinflussen kann. Beim Testen autokatalytischer Beschichtungslösungen sollte das Verhältnis der beschichteten Oberfläche zum normalerweise im Beschichtungstank verwendeten Lösungsvolumen beibehalten werden. Bei der Verwendung proprietärer Lösungen sollte die Empfehlung des Lieferanten befolgt werden.

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