Oberflächenprüfung

Eigenschaften wie die Härte, Elastizität oder Dicke von Beschichtungen sind oft entscheidend für wichtige Funktionen. Sie können eine ganze Komponente für einen speziellen Einsatz qualifizieren. Fischer bietet leicht zu bedienende Messgeräte, die die Eigenschaften von Farbaufträgen und Lackschichten auch auf rauen Grundwerkstoffen präzise bestimmen.

Oberflächenprüfung Farben & Lacke

Application Notes

Messung von Lackschichten auf rauen Oberflächen

Unregelmäßige Oberflächenstrukturen – die sogenannte „Rauheit“ – wie sie z. B. bei Gusseisen oder sandgestrahlten Stahloberflächen vorkommen, erschweren die Schichtdickenmessung der darüber liegenden Lackschicht. Durch die Unebenheit des Grundwerkstoffes kommt es zu großen Schwan­kungen der Messwerte. Dies führt zu Unsicherheiten bei der Interpretation der Messergebnisse und erschwert die Überwachung des Lackierprozesses.

Die Oberflächenrauheit beeinflusst immer die darüber liegende Lackschicht. Eine quantitative Aussage über den Grad der Beeinflussung ist jedoch schwierig, da diese von mehreren Parametern, wie z. B. der Rauigkeitsstruktur und der Schichtdicke abhängt. Misst man mit einer einpoligen Sonde, ergibt die Messung auf einer Rauigkeitsspitze oder im Tal unterschiedliche Messwerte, bei tatsächlich gleicher Schichtdicke. Die Feldlinien des Sonden-Magnetfelds werden dabei unterschiedlich von Tal und Spitze beeinflusst.

Bei Zweipolsonden wird dieser Effekt und somit der Einfluss der Rauheit deutlich minimiert und die Anzahl der nötigen Messungen zur Absicherung von Mittelwert und Standardabweichung kann reduziert werden.

Abb. 1: links einpolige Sonde, rechts zweipolige Sonde

Die Zweipolsonde V7FKB4 in Kombination mit einem Handmessgerät der FMP-Familie oder dem Tischgerät FISCHERSCOPE® MMS® PC2 (Modul PERMASCOPE) wurde speziell für die präzise Messung von Lackschichten auf rauen Oberflächen entwickelt. Gegenüber einpoligen Sonden werden deutlich geringere Streuungen und sehr gute Wiederholpräzisionen erreicht, wie Tabelle 1 darlegt.

Abb.2: Lackdickenmessung auf rauer Oberfläche mit der Sonde V7FKB4

 

Standardsonde

einpolig

Sonde V7FKB4

zweipolig

Messwert-Nummer

Probe 1

glatt

Probe 2

rau

Probe 1

glatt

Probe 2

rau

1

126,4

241,6

125,8

237,2

2

125,2

263,0

125,6

245,4

3

125,7

232,6

125,2

248,7

4

125,3

250,3

126,2

241,6

5

126,2

252,3

126,0

252,4

 

125,5

244,3

125,6

251,3

Mittelwert (µm)

125,71

247,35

125,71

246,11

Standardabweichung (µm)

0,47

10,38

0,36

5,90

Variationskoeffizient (%)

0,37

4,20

0,28

2,40

Tab. 1: Vergleichsmessung mit einpoliger Standardsonde und der zwei-poligen Sonde V7FKB4 auf glatter und rauer Oberfläche

Die Richtigkeit der Messung hängt vor allem von einer sorgfältigen Kalibrierung ab. Mit der V7FKB4 reduziert sich der Kalibrieraufwand auf Originalteilen deutlich, da zur Absicherung der Messwerte weniger Messungen notwendig sind.

Wenn Lackschichten auf rauen Oberflächen präzise gemessen werden sollen, dann ist die magnetinduktive Zweipolsonde V7FKB4 mit einem Handgerät der FMP-Familie oder dem
FISCHERSCOPE® MMS® PC2  die ideale Kombination. Die Ausbreitung der Feldlinien von Pol zu Pol minimiert die rauheitsbedingte Streuung der Messwerte und ermöglicht die für Fischer typische Präzision und Richtigkeit. Gerne steht Ihnen Ihr Ansprechpartner von Fischer für weitere Informationen zur Verfügung.

Bestimmung der Oberflächenhärte von Lackschichten – Bleistifthärte versus instrumentierte Eindringprüfung

Bisher war die schnell durchzuführende Ritzprüfung mit Bleistiften zur Bestimmung der Härte von Lackschichten weit verbreitet. Allerdings ist die Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit dieser Methode fraglich. Da aber in der Lackindustrie hohe Qualitätsansprüche gelten, muss die Härte der Lackschichten zuverlässig überprüft werden können.

Die Bestimmung der Härte oder besser die Ritzhärte-Prüfung mittels unterschiedlich harter Bleistifte nach Wolff-Wilborn bzw. DIN ISO 15184 ist eine weitverbreitete Methode in der Lackindustrie. Dabei werden Bleistifte unterschiedlicher Härte in einem bestimmten Winkel und mit einer bestimmten Kraft über eine zu prüfende Lackfläche geschoben. Die Härte der Probe wird mit genau den beiden Bleistift-Härtegraden bezeichnet, von denen der weichere der Bleistifte nur eine Schreibspur der härtere hingegen bereits eine fühlbare Verformung der Lackschicht verursacht.

Abb. 1: FISCHERSCOPE® HM2000 S zur Bestimmung der Martens-Härte

Die Limitierung dieses Verfahrens liegt in der schlechten Reproduzierbarkeit der Messungen. Zum einen weist das Prüfmaterial nicht immer die gleichen Eigenschaften auf, da die Härten von Bleistiften in keiner Norm eindeutig festgelegt sind und es zwischen den Herstellern eindeutige Unterschiede gibt. Des Weiteren hat man einen hohen Bedienereinfluss. So sind die Ergebnisse oft nicht eindeutig zu interpretieren.

Abb. 2: Vergleich der Martens-Härte von Bleistiften mit unterschiedlichem Härtegrad, dargestellt mit Standardabweichung der Messungen

Vergleicht man die unterschiedlichen Bleistifthärten mit ihrer Martens-Härte, werden die Grenzen des Verfahrens noch deutlicher. In Abbildung 2 sind die Ergebnisse vielfältiger Messungen an Bleistiften verschiedener Härtegrade dargestellt. Betrachtet man die Standardabweichungen aus den Messreihen der einzelnen Bleistifthärten, so ergeben sich sehr breite Überlappungen. Besonders im oberen Härtebereich ist die nominale Härte (B, HB, F, H etc.) kein zuverlässiger Indikator für die tatsächliche Härte.

Mit dem FISCHERSCOPE® HM2000 S kann die Härte von Lackoberflächen direkt gemessen werden. Zudem können weitere Kenngrößen wie das Kriech- und Relaxionsverhalten und das Elastizitätsmodul bestimmt werden. All diese Härte-Kenngrößen erlauben Rückschlüsse auf die Qualität der Lackschicht.

Bei der Ritzprüfung mit Bleistiften zeigt bereits das Messmittel „Bleistift“ erhebliche Schwankungen des tatsächlichen Härtegrades, wie sich mit FISCHERSCOPE® Härtemesssystemen eindeutig nachweisen lässt. Eine zuverlässige Messung der Härte einer Beschichtung ist daraus nicht abzuleiten. Für eine reproduzierbare Bestimmung des Härtegrades von Oberflächen, wie z. B. Lackschichten, empfiehlt es sich deshalb, das FISCHERSCOPE® HM2000 S direkt für diese Messungen einzusetzen. Ihr lokaler Fischer-Partner steht Ihnen für weiterführende Auskünfte gerne zur Verfügung.

Microhardness measurements of paint coatings shorten weathering tests

Paint for architectural coatings is not only used to give surfaces an attractive appearance, but also plays a very important role in protecting facades against external damage and corrosion. To avoid waiting years to see if the coating really protects the surface, simulating and measuring weathering influences is necessary.

Paint coating systems are exposed to severe environmental influences like strong temperature variations, moisture and aggressive media such as acid rain, insect residue or strong cleaning agents. Facade coatings should withstand such influences and have quality characteristics such as light fastness, weathering resistance and easy cleaning.

The characteristics of such coatings depend not only on the thickness, but also on hardness, elasticity, degree of polymerisation and resistance to UV radiation. These parameters can be determined using the instrumented indentation test.

To demonstrate weathering influences, measurements were performed on samples with original surfaces (reference), on samples after 400 hours of QUV radiation (equipment weathering) and after 1 year Florida exposure test (outdoor weathering).

Fig. 1: Influence of weathering on the Martens Hardness of polyester powder coating.

The reference sample (green plot) without weathering does not show a hardness increase at the surface. The sample exposed to weathering outdoors for 1 year in Florida shows a slight increase of hardness near the surface. The sample exposed to QUV irradiation for 400 hours shows the largest hardness gradients. Reason therefore is a change in the molecular structure of the paint. Cross-linking of the paint molecules lead to an increase in hardness caused by the repeated alternation of drying, moistening and irradiation. As outdoor weathering often spans a number of years and involves very expensive sample holders and large standing areas, artificial weathering is used to simulate such outdoor weathering.

With the FISCHERSCOPE® HM2000 hardness meas­uring instrument, the effects of weathering tests can be measured easily and accurately, therefore saving costs and shortening time compared to outdoor testing significantly. Ask your local FISCHER repre­sentative for further information.

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