Werkstoffprüfung

Abrasionsverschleißtest

Der Calowear Tester von CSEM Instruments ist ein Prüfgerät für die Schichtdickenbestimmung sowie für die Charakterisierung der abrasiven Verschleißeigenschaften von beschichteten und unbeschichteten Werkstoffen. Die Bestimmung des Verschleißkoeffizienten erfolgt über die Methode des Kalottenschliffes. Dabei rotiert eine Stahlkugel mit definierten Parametern (Kraft, Umdrehungsgeschwindigkeit) unter Zugabe einer abrasiven Suspension (Diamantschleifpaste, Siliziumkarbidpulver, Aluminiumoxidpulver) auf einer Prüfoberfläche und erzeugt dadurch einen Verschleißkrater. Der Durchmesser dieses Kraters wird mit einer Messoptik vermessen und über seine Zunahme über die Schleifdauer der Abrasionsverschleißkoeffizient bestimmt.

 

Technische Daten:

  • Rotationsgeschwindigkeit: 10 bis 1000 U/min (stufenlos regelbar)
  • Durchmesser Stahlkugel (100Cr6): 20, 25,4, 30 mm
  • Maximale Probenabmessung: 50 x 50 mm
  • Maximale Kraft: 1 N

Nanoindenter

Nanoindentation ist ein zerstörungsfreies Prüfverfahren, welches zur Ermittlung der Härte und des Elastizitätsmoduls kleiner Volumina, beispielsweise von dünnen Schichten, angewendet wird. Bei diesem Messverfahren wird eine Diamantspitze oder Kugel mit einer vorgegebenen Kraft belastet. Die erhaltene Kraft-Weg-Kurve zeigt typischerweise ein elastisch-plastisches Verhalten beim Belasten und ein elastisches Verhalten beim Entlasten. Nach sorgfältiger Kalibrierung können aus den Be- und Entlastungskurven die Härte und der Elastizitätsmodul berechnet werden. Der Nanoindenter UMIS ("Indira") ist mit einem vollautomatisch arbeitenden Indentersystem, einem Licht- und einem Rasterkraftmikroskop sowie der Steuerungs- und Auswertungseinheit ausgestattet. Zur akustischen und thermischen Isolation ist das Gerät eingehaust und auf einem schwingungsdämpfenden Tisch aufgestellt.

 

Technische Daten:

  • Indenter: Berkovich, Vickers, Kugelindenter
  • Licht- und Atomkraftmikroskop
  • Tiefenbereich: 2 µm bzw. 20 µm wählbar
  • Tiefenauflösung: 0,003 nm (0,05nm Untergrund*)
  • Prüfkraft: 50 mN & 500 mN wählbar
  • Minimale Prüfkraft: 2 µN*
  • Auflösung: 0,05 µN (0,3µN Untergrund*)
  • Positionierung: 0,1 µm Schrittweite
  • Systemsteifigkeit: 0,2 nm/mN

*Abhängig von der Laborumgebung

Nanoindenter Hysitron

Bei Komposit- und Multilagenmaterialien können sich die mechanischen Eigenschaften im Mikro- oder sogar im Nanometerbereich drastisch ändern. Daher ist die Quantifizierung von Härte und Elastizitätsmodul mit hoher lateraler und Tiefenauflösung von großem wissenschaftlichen und industriellen Interesse. Moderne Nanoindentationssysteme erlauben zudem auch die Quantifizierung von bruchmechanischen Eigenschaften. So kann durch gezieltes Indentieren von mikroskopisch kleinen Biegebalken die Bruchspannung und zähigkeit selbst von dünnsten Schichten ermittelt werden. Des Weiteren können am Nanoindenter Hysitron TI 950 („Herta“) Härte und Elastizitätsmodul Mappings durchgeführt werden. Das Gerät verfügt über ein vollautomatisch arbeitendes Indentationssystem, mehrere Transducer für verschiedenste Anwendungen und ein Lichtmikroskop. Zusätzlich kann die Probenoberfläche mit der eingebauten Spitze abgerastert werden, was Informationen über die Morphologie liefert.

 

Technische Daten:

  • Indenter: Berkovich, Sphero-konisch, Flat-punch, Cube corner
  • Messmethodik: Härte und Elastizitätsmodul Mappings, mikromechanische Versuche, dynamische Nanoindentation (CMX, CSM)
  • Lichtmikroskop und Möglichkeit zur Rastersondenmikroskopie
  • Lastbereich: maximal 10 mN
  • Lastauflösung: 30 nN
  • Tiefenbereich: maximal 5 µm
  • Tiefenauflösung: 0.2 nm
  • Positionierung: 10 nm

Rockwell-Härteprüfer

Der Rockwell-Härteprüfer des Typs Mitutoyo Durotwin wird zur Härteprüfung nach Rockwell sowie zur Bestimmung der Haftfestigkeit von dünnen Hartstoffschichten nach der VDI-Richtlinie 3198 verwendet. Bei letzterer wird ein Rockwell-C Diamant mit einer Prüflast von 1,47 kN in ein beschichtetes Substrat mit ausreichender Härte gedrückt und die rund um den Eindruck entstehenden Schichtabplatzungen einer der sechs VDI-Haftfestigkeitsklassen zugeordnet.

 

Technische Daten:

  • Rockwell-C Härteprüfung (Verfahren A, B, C, D, F, G)
  • Schichthaftungsbewertung gemäß VDI-Richtlinie 3198
  • Normallast bis zu 1,47 kN
  • Auflösung: 0,5 HR

Tribometer

Die zwei verfügbaren CSM Instruments Hochtemperatur-Tribometer des Typs Kugel/Scheibe bzw. Stift/Scheibe erlauben tribologische Untersuchungen im Bereich zwischen Raumtemperatur und 1000°C. Damit können Gleitreibungskontakte von Materialpaarungen in unterschiedlichen Atmosphären sowohl trocken als auch geschmiert geprüft werden. Der Reibungskoeffizient wird während des Versuches in periodischen Abständen ermittelt und als Funktion des Gleitwegs dargestellt. Mit Hilfe eines Weißlichtprofilometers können die Verschleißspuren vermessen und die Verschleißrate bestimmt werden.

 

Technische Daten:

  • Prüfanordnung: Kugel-Scheibe, Stift-Scheibe
  • Scheibengröße: Durchmesser 30 - 55 mm, Dicke 10 mm
  • Kugel: Durchmesser 6 mm, Al2O3, verschiedene Stähle, Aluminium
  • Stift: Durchmesser 6 mm
  • Maximale Last: 10 N 
  • Maximale Drehgeschwindigkeit: 500 U/min 
  • Temperatur: 25 bis 1000°C