Labor für Oberflächen- und Schichtcharakterisierung

Geräte zur mechanisch-physikalischen Oberflächencharakterisierung

Schichtsysteme als eigene Konstruktionselemente ermöglichen eine Anpassung der zur Verfügung stehenden Substratwerkstoffe an immer neue Anforderungen in Bezug auf Verschleiß, Reibung und Einsparung von Schmierstoffen. Mit einer spezifischen Auswahl geeigneter Prüfapparate werden sowohl Schichtsysteme, die am KTmfk entwickelt wurden, als auch beschichtete Probekörper und Bauteile unserer externen Partner hinsichtlich einsatzrelevanter Punkte umfassend mechanisch-physikalisch und tribologisch untersucht, um die optimalen Einsatzbedingungen der Konstruktion definieren zu können und die Schichten für das jeweils angefragte tribologische System zu optimieren.

Indentations-Messgerät PICODENTOR HM500

Mit Hilfe des Indentations-Messgerät der Firma HELMUT FISCHER, welches nach dem Last-Eindringtiefe-Verfahren arbeitet, können präzise Härte- und Elastizitätsmessungen an dünnen Schichten und modifizierten Werkstoffoberflächen im Nanometerbereich durchgeführt werden. Neben der instrumentierten Eindringprüfung gemäß DIN EN ISO 4577-1 und ASTM E 2546 im Mikrobereich können durch schrittweise Be- und Entlastungsmessungen (ESP-Messungen) die Kenngrößen auch kraft- und tiefenabhängig bestimmt werden.

Härteprüfgerät DuraJet 10G5

Zur Prüfung der Schichthaftung mit dem Rockwell-Eindrucktest nach DIN EN ISO 26443 steht das moderne, motorgetriebene Härteprüfgerät DuraJet 10 der Firma EMCO-TEST Prüfmaschinen GmbH zur Verfügung. Die Annäherung des Prüfkopfes an den Prüfling von oben erlaubt zusammen mit einer speziellen Probenaufnahme auch die Untersuchung runder Bauteile. Die Auswertung und Dokumentation der erzeugten Eindrücke einschließlich der Veränderung der Oberfläche im Randbereich hinsichtlich aufgetretener Risse und Abplatzungen wird am Messmikroskop LEICA DM4000 M vorgenommen.

Scratch-Tester/ Ritztester

Eine weitere Methode, die Haftung dünner Schichten auf einem Substrat oder auch deren Ritzfestigkeit zu bestimmen, steht dem KTmfk in der Untersuchung mit dem Ritztester RTG-2, einer eigenen Konstruktion des Lehrstuhls, zur Verfügung. Mit variabler Regelung für Lastaufbringung, Geschwindigkeit und Anstiegszeit wird ein Diamant mit Rockwell-C-Geometrie linear über die zu untersuchende Oberfläche gezogen, wobei die gemessenen Daten mit einer Frequenz von bis zu 8 Hz aufgezeichnet werden, was eine quantitative Auswertung der Tests ermöglicht. Die qualitative Auswertung der erzeugten Spuren erfolgt mit dem Messmikroskop LEICA DM4000 M. Der Ritztester erlaubt auch Härteprüfungen, wofür zwei Indenter mit Stahlkugeln vorhanden sind.

Kalottenschleifgerät

Mit dem Kalottenschleifgerät KSG-2 kann durch das Erzeugen eines sphärischen Schliffes an einer ebenen Probenoberfläche mit anschließender optischer Vermessung am Messmikroskop auf schnelle und preiswerte Art die Schichtdicke der zur Untersuchung anstehenden Proben ermittelt werden.

Impact-Tester

Mit dem Impact-Tester IT-1000/100, der am KTmfk entstanden ist, können Untersuchungen zu Dauerfestigkeit und Verschleißfestigkeit von Schichtsystemen bei dynamischer Lastbeanspruchung durchgeführt werden. Dabei hämmert eine fest eingespannte Kugel mit Kräften von 200 bis maximal 1000 N mit einer Frequenz von bis zu 100 Hz auf die Probenoberfläche ein. Durch die im Mikroskop beobachtete Rissbildung bzw. Schichtablösung kann man Rückschlüsse auf die dynamische Festigkeit eines Schicht-Substrat-Verbunds ziehen.

Kontaktwinkelmessgerät

Das Kontaktwinkelmessgerät G10 der Firma Krüss mit moderner Analysensoftware dient zur Bestimmung der freien Oberflächenenergie, einem Maß für die Benetzungsfähigkeit von Oberflächen und deren Neigung zur Adhäsion, was besonders in Zusammenhang mit der Entwicklung von schmierstoffarmen Maschinenelementen interessant ist. Dafür werden Versuchsreihen mit verschiedenen Testflüssigkeiten bekannter Oberflächenspannung durchgeführt, aus deren Benetzungswinkel rechnerisch die Oberflächenspannung der untersuchten Probe ermittelt werden kann.