Ermittlung undercover

Moderne Kombinationsgeräte zur Schichtdickenmessung besitzen eine Messsonde, die sowohl auf Eisen- als auch auf Nichteisenmetallen die Dicke der darüberliegenden Schichten exakt messen kann. Solche Geräte prüfen die Art des Untergrunds und wenden daraufhin automatisch das geeignete Verfahren an. Dies geschieht in Sekundenschnelle – daher ist so manchem Prüfer nicht bewusst, dass für die verschiedenen Kombinationen von Untergrund- und Beschichtungswerkstoff nach wie vor unterschiedliche Messmethoden notwendig sind.

Das magnet-induktive Verfahren wird zur Dickenmessung von unmagnetischen Schichten auf ferro-magnetischen Grundwerkstoffen eingesetzt, zum Beispiel für Waschmaschinengehäuse. Das Wirbelstromverfahren dagegen misst die Dicke von typischerweise isolierenden Schichten auf NE-Metallen, zum Beispiel bei einem kunststoffüberzogenen Handlauf aus Messing. Bei beiden Verfahren zeigen die Messgeräte den Abstand bis zum Grundwerkstoff als Dickenwert an. Die folgende Übersicht zeigt, welches Messverfahren wann anzuwenden ist.

Unterschiedliche Kombinationen von Grundwerkstoff und Beschichtung erfordern unterschiedliche Messverfahren: Ein lackiertes Fahrzeugblech aus Stahl oder eine verchromte Halterung aus Baustahl misst man mit dem magnet-induktiven Verfahren. Die Werkstoffe bei einem eloxierten Fassadenelement aus Zink verlangen dagegen das Wirbelstromverfahren.

Auf NE-Metallen wie Aluminium, Kupfer oder Messing schränken schwach leitende Metallschichten wie Chrom, Zinn oder Zink das Wirbelstromverfahren ein. Solche Werkstoffkombinationen lassen sich nur dann exakt messen, wenn die Beschichtung nicht dicker als 40 µm ist.

Mit dem magnet-induktiven Verfahren sind sogar schwach ferro-magnetische Beschichtungen messbar. Beispiele hierfür sind Eisenglimmer auf ferro-magnetischen Stählen oder kobalthaltige Schichten.

Elektrolytisch abgeschiedene Nickelschichten sowie andere als die abgebildeten Kombinationen sind mit den genannten Verfahren nicht messbar.

In der Praxis trifft man häufig mehr als zwei Beschichtungen auf metallischen Untergründen an. Ein typisches Schichtsystem in der Fahrzeugindustrie ist Lack auf Zink auf Stahl. Auf zahlreichen Stahlteilen wird zum zusätzlichen Korrosionsschutz vor der Lackierung eine Zinkschicht aufgetragen. Wenn das Zink mindestens 20 µm dick aufgebracht ist, liefert die zerstörungsfreie Messung beider Schichten exakte Werte: Der Prüfer stellt dann am Kombinationsgerät zunächst das magnet-induktive Messverfahren ein und misst damit die Gesamtschichtdicke bis zum Grundwerkstoff. Vor der zweiten Messung stellt er auf das Wirbelstromverfahren um und misst damit nur noch die Lackdicke bis zur Zinkschicht. Die Differenz aus beiden Messwerten ergibt die Dicke der Zinkschicht.

Zum Korrosionsschutz genügt bei Kfz-Blechen jedoch bereits eine ca. 5 µm dünne Zinkschicht – dies entspricht etwa dem Durchmesser eines Spinnenfadens. Diese vergleichsweise dünnen Zinkschichten führen jedoch zu Messungenauigkeiten. Der Messgerätehersteller Phynix hat zur Korrektur dieser materialbedingten Fehlwerte ein Auswertungsdiagramm entwickelt, das den Schichtdickenmessgeräten auf Wunsch beigefügt wird. Damit ist das Ausmessen auch dünner Zinkschichten möglich.

Ein Beispiel aus der Bauindustrie ist ein Interferenzschichtsystem, bei dem etwa auf ein Aluminiumblech als Korrosionsschutz zunächst eine Quarzschicht aufgebracht wird. Da diese niedrigbrechende Schicht jedoch das Reflexionsvermögen des Aluminiums verringert, wird aus optischen Gründen darauf noch eine hochbrechende Schicht aufgebracht, zum Beispiel Siliziumdioxid und Titandioxid. Falls notwendig, könnte eine abschließende transparente Lack- oder lackähnliche Schicht das System mechanisch stabilisieren und den Korrosionsschutz optimieren. Hier käme das Wirbelstromverfahren zum Einsatz.

Anders als das Ausmessen einer verdeckten Zinkschicht ist der bloße Nachweis von Zink unter Lack mit Kombinationsgeräten sehr einfach. Dazu müssen ebenfalls beide Schichtdicken-Messverfahren nacheinander angewendet werden. Aus der Differenz lässt sich schlussfolgern, ob unter der Lackierung eine Zinkschicht vorhanden ist. Erfahrungswerte zur Auswertung der Messergebnisse besitzt der jeweilige Gerätehersteller.

Ein anderes, ebenfalls weit verbreitetes Schichtsystem kommt in Form mehrerer Lackschichten auf metallischem Grundwerkstoff vor. Die separate Ermittlung der einzelnen Schichtdicken im Nachhinein ist aufgrund der sehr ähnlichen Leiteigenschaften von Lacken nicht möglich. Die Ausmessung der einzelnen Lackschichten muss daher während des Beschichtungsvorgangs erfolgen, indem vor dem Aufbringen einer weiteren Schicht die Dicke des Lackes gemessen wird. Durch einfache Differenzbildung lässt sich so die Dicke der zuletzt aufgetragenen Schicht errechnen.

In industriellen Fertigungsprozessen ist die Gesamtdicke der bereits vorhandenen Lackschichten über dem Metall oft bekannt. Hier empfiehlt sich der Einsatz von Schichtdickenmessgeräten, bei denen man den Dickenwert eingeben kann. Das Gerät zieht ihn dann automatisch vom gemessenen Wert ab und zeigt anschließend direkt die für die Messreihe errechnete Dicke der oberen Lackschicht an.

Mit handelsüblichen Schichtdickenmessgeräten lassen sich Beschichtungen auf fast allen Metallen messen, jedoch nicht auf Kunststoff. Durch die verfahrensbedingten physikalischen Einschränkungen war es bei beschichteten Kunststoffen bislang erforderlich, einzelne Referenzteile aus der Lackierstraße zu entnehmen, zu schneiden und die Beschichtung im Querschliffverfahren aufwändig auszumessen.

Der Kölner Hersteller Phynix löst dieses physikalische Problem durch Referenzplättchen aus Aluminium in der Fertigungsstrecke – und erschließt damit viele weitere Anwendungsmöglichkeiten für die Taschenmessgeräte in der Industrie. Eine mögliche Anwendung für die Lackierung von Kunststoff sind Blumentöpfe. Während des Lackiervorgangs soll die zerstörungsfreie Qualitätssicherung fortgesetzt werden. Dazu sind Aluminiumplättchen vom Messgerätehersteller Phynix nützlich: Vor Lackierbeginn werden diese auf einige Test-Blumentöpfe aufgebracht und mitlackiert. An diesen Referenzstellen erfolgt dann die Schichtdickenmessung. Die angezeigten Werte lassen sich auf die übrigen Blumentöpfe der Fertigungsserie übertragen.

Diese Lösung eignet sich besonders für die Lackierung großer Mengen von Kunststoff-Spritzgussteilen, etwa Handy-Gehäuseschalen. Dabei bieten die zerstörungsfreien Verfahren der Schichtdickenmessung zudem erhebliche Zeit- und Kostenvorteile.

Alle beschriebenen Anwendungsfälle lassen sich mit der Produktserie Surfix von Phynix messen.

Die Schichtdickenmessung nach dem magnet-induktiven sowie dem Wirbelstromverfahren liefert exakte Messwerte im Mikrometerbereich. Bei Kombinationsgeräten erlaubt der durchdachte Einsatz der beiden Messverfahren die Messung praktisch aller Schichten auf metallischen Grundwerkstoffen – auch bei bislang nicht ausmessbaren Sonderfällen. Mit minimaler Ergänzung einiger Taschenmessgeräte lassen sich inzwischen Schichtdicken selbst auf Kunststoffuntergrund messen.

Hans F. Nix: Schichtdicken-Messlexikon, Wissenswertes und Hinweise für besondere Messfälle in der Schichtdickenmessung nach dem magnet-induktiven und Wirbelstrom-Verfahren.

Phynix, Köln

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