Fachwörter-Lexikon
Das vollständige Fachwörter Lexikon ist nur für Abonnenten abrufbar. Sie sind nicht angemeldet, bitte loggen Sie sich ein oder schliessen Sie ein Abonnement ab.
Profilometer - Oberflächenvermessung
Zur taktilen messtechnischen Beschreibung von Oberflächen kann ein nach dem Tastschnittverfahren arbeitender Profilometer verwendet werden, bei dem ein Taster mit einer feinen Diamantspitze senkrecht zur Rillenrichtung über die Oberfläche eines zu vermessenden Bauteils. Mittels eines induktiven Wandlers wird der senkrechte Hub der Tastspitze erfasst, in ein elektrisches Signal umgesetzt und an einen Computer zur digitalen Aufbereitung weitergeleitet (Abb.).
Tastschnittverfahren - Prinzip
Mit einem Profilometer ermitteltes Rauheitsprofil
Da die Diamantspitze im direkten Kontakt mit der Oberfläche steht, hat die Form der Spitze einen großen Einfluss auf das Messergebnis. Unebenheiten (z.B. Rillen, Poren) können nur so weit ertastet werden, wie die Spitze in diese aufgrund ihrer Geometrie eindringen kann. Genormte Werte für Tastspitzradien sind 2 μm, 5 μm und 10 μm bei einem Spitzenwinkel von 60° bzw. 90°. Zudem ist eine große Anzahl an verschiedenen Tastern verfügbar, mit denen auch Oberflächen an komplexeren Geometrien (z.B. Bohrungen, Evolventen, Innenkonturen, Hinterschneidungen) sehr genau erfasst werden können.
Zinkdruckgusslegierung
Zu einer wichtigen Zinklegierung gehört der Zinkdruckguss. Dabei handelt es sich um Legierungen aus etwa 91 % bis 94 % Zink, 3,4 % bis 5 % Aluminium und 2,5 % bis 4 % Kupfer. Eine typische Legierung für den Zinkdruckguss enthält 4 % Aluminium, 1,25 % Kupfer, 0,1 % Eisen, 0,08 % Magnesium und je 0,007 % Blei, Cadmium und Zinn.
Schichtdickenmessung – Coulometrie
Die coulometrische Schichtdickenmessung gehört zu den zerstörenden, chemischen Messverfahren und kann als Umkehrung der galvanischen Abscheidung betrachtet werden. Dabei wird eine definierte Fläche des Schichtwerkstoffs mit konstantem Strom unter Verwendung eines geeigneten, immer frisch zugeführten Elektrolyten anodisch abgelöst; zugleich wird das auftretende Potential (Spannungswert für den eingestellten Strom zwischen Anode (= Probe) und Kathode) gemessen. Sobald der Schichtwerkstoff vollständig abgelöst ist, ändert sich das Potenzial der Messzelle charakteristisch (Unterschied zwischen Schicht- und Substratwerkstoff). Die Schichtdicke ist proportional zur gemessenen Ablösezeit.
Das coulometrische Messverfahrens eignet sich für metallische Schichtwerkstoffe auf metallischen Substratwerkstoffen, die sich vom Schichtwerkstoff unterscheiden müssen. Ein Überblick über die Schicht-Substrat-Kombinationen, die mit dem coulometrischen Verfahren gemessen werden können, enthält die nachfolgende Tabelle [1]. Das Verfahren wird dort angewandt, wo die Messung der Schichtdicke mit zerstörungsfreien Messverfahren nicht möglich ist und mit anderen zerstörenden Messverfahren großen Aufwand erfordert. Geeignet ist das Verfahren zur messtechnischen Erfassung von Mehrschichtsystemen (z. B. Schicht aus Kupfer, Nickel und Chrom).
Tab.: Einsatzmöglichkeiten für die Coulometrie [3]
a Bei einigen Aluminiumwerkstoffen kann die Detektion des Sprungs der Messzellenspannung schwierig sein
b Das Verfahren kann nur angewandt werden, wenn die Gehalte an Phosphor oder Bor innerhalb bestimmter Grenzen liegen
c Das Verfahren ist empfindlich gegenüber der Legierungszusammensetzung
Bei dem nach dem coulometrischen Prinzip (gemäß DIN EN ISO 2177) arbeitenden Couloscope CMS2 (Abb. 1 aus [2]) wird die eigentliche Messzelle mit Dichtung auf die Messfläche aufgesetzte und damit definiert. Die verwendeten Elektrolyte sind auf die verschiedenen Schichtwerkstoffe abgestimmt; ein Ablösen erfolgt erst bei Stromfluss. Abbildung 2 zeigt die Funktion und die erhaltene Messkurve des Verfahrens.
Abb. 143: Coulometrisches Meßgerät [2]
Abb. 144: Prinzip der coulometrischen Messung [2]
Die Messung wird vorteilhafter Weise an einer einigermaßen ebenen Oberfläche durchgeführt und sollte mehrere (z.B 3 - 5) Einzelmessungen umfassen. Damit ist es auch möglich, die Schichtdickenverteilung zu bestimmten (Abb. 145). Die Genauigkeit des Verfahrens steigt mit der Schichtdicke und bietet bei Schichten mit einigen Mikrometern eine akzeptable Genauigkeit. Sehr vorteilhaft ist der geringe präparative Aufwand für die Messung.
Abb. 145: Messung an einer Rundprobe mit mehreren Messflecken
Literatur
[1] DIN EN ISO 2177: Metallische Überzüge - Schichtdickenmessung - Coulometrisches Verfahren durch anodisches Ablösen. Beuth-Verlag, Berlin, 2004
[2] Helmut Fischer GmbH, Institut für Elektronik und Messtechnik: COULOSCOPE CMS und COULOSCOPE CMS STEP. Messung von Schichtdicken und elektrochemischen Potenzialen nach dem coulometrischen Verfahren. Sindelfingen, 2008