SCHRIFTENREIHE GALVANOTECHNIK UND OBERFLÄCHENBEHANDLUNG. Prüfung von funktionellen metallischen Schichten

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1 SCHRIFTENREIHE GALVANOTECHNIK UND OBERFLÄCHENBEHANDLUNG Prüfung von funktionellen metallischen Schichten Dipl.-Ing. K. Beyer Dipl.-Ing. H. Fensterseifer Dipl.-Ing. (FH) U. Heuberger Dipl.-Chem. T. W. Jelinek Dr. H. A. Jehn Dr. O. Klaffte Dr. N. Nix Dipl.-Ing. (FH) D. Ott Dipl.-Ing. (FH) J. Pietschmann Dr. G. Rauscher Ing. R. Rolff Mit 159 Abbildungen und 26 Tabellen 1. Auflage 1997 LE I EUGEN G. LEUZE VERLAG D SAULGAU/WÜRTT.

2 Inhaltsverzeichnis 1 Einführung 15 2 Ermittlung der stofflichen Beschaffenheit Identifizierung von metallischen Schichten Qualitative Untersuchung Tüpfelanalyse Prüfpapiere Instrumentelle Analysen Quantitative Untersuchung Messung der Dichte von galvanisch und chemisch-reduktiv abgeschiedenen Metallfolien Messen von Länge, Breite und Dicke der Folie Hydrostatische Methode Messung mit dem Pyknometer Gasvergleichsmethode Zusammenfassung Mikroskopische Untersuchungen Das Lichtmikroskop Optik Belichtung Photographieren Das Rasterelektronenmikroskop (REM) Das Tunnelmikroskop Probenvorbereitung Herausarbeiten der Probe Einbetten der Probe Schleifen und Polieren der Probe Kontrastieren Elektrolytisches Ätzen Bedampfen der Oberfläche Porenbestimmung mit dem Mikroskop Zusammenfassung 52 Literatur zu Kapitel 2 52

3 Inhaltsverzeichnis Bestimmung der Schichtdicke Schichtdicke als Qualitätsmerkmal Der Begriff Schichtdicke" Normen Auswahl der Meßverfahren nach den Werkstoffkombinationen Zerstörungsfreie Verfahren Wägemethode Dickenunterschied vor und nach der Abscheidung Haftkraftprinzip Elektromagnetische Verfahren Magnetinduktives Verfahren Kompensationsverfahren Wirbelstromverfahren Kombinationsgeräte - Datenspeicher Rand- und Krümmungseffekte Elektrische Verfahren Leitfähigkeitsverfahren Kapazitives Verfahren Thermoelektrisches Verfahren Radioaktive Verfahren Beta-Rückstreu- Verfahren Röntgenfluoreszenz-Verfahren Schwingquarzverfahren Zerstörende Verfahren Mikroskopische Schichtdickenmessung Schräg- und Querschliff Einschliff Tiefenschärfe Lichtschnittverfahren Interferometrisches Verfahren Differenzdickenmessung mit dem Taster Profilometrisches Verfahren Verfahren mittels Ablösung Gravimetrisches und maßanalytisches Verfahren Coulometrisches Verfahren Strahl-, Tropf- und Tüpfelverfahren 101 Literatur zu Kapitel Prüfung der Oberflächenbeschaffenheit Visuelle Prüfung galvanischer Schichten Beurteilungskriterien Durchführung der visuellen Prüfung Anwendung der visuellen Prüfung 105

4 10 Inhaltsverzeichnis 4.2 Rauheitsprüfung Oberflächengestalt Erfassung von Gestaltabweichungen Berührende Tastsysteme Berührungsfreie Tastschnittsysteme Vor- und Nachteile des Tastschnittverfahrens Weitere Verfahren zur Oberflächenerfassung Auswertung eines Tastschnittes - Kennwerte für Gestaltabweichungen Glanz- und Reflexionsmessung an Oberflächen Glanz als Qualitätsmerkmal Wie wird Glanz wahrgenommen? Das Reflexionsverhalten von Oberflächen Reflektometer zur Glanzmessung Messung von Glanzschleier (Haze) Meßpraxis Zusammenfassung 126 Literatur zu Kapitel Poren- und Rißprüfung Definition Grundlagen der Porenbestimmung Methoden zur Porenbestimmung Tauchverfahren Ferroxylprobe Tauchen in Kupfersulfatlösung Tauchen in Wasserstoffperoxid Tauchen in oxidische Kochsalzlösung Heißwasserprüfung Tauchen in Polysulfidlösung Tauchen in siedende Salpetersäure Tauchen in Säuregemische Lösungen mit organischen Reagenzien Benetzungsverfahren Auflegen von getränktem Filterpapier Elektrochemische Verfahren Elektrochemische Filterpapier-Methode Fotopapier-Methode Gelmethode Beispiel der Porenprüfung auf galvanisch abgeschiedenen Goldüberzügen Chemische Prüfung in der Gasatmosphäre Porennachweis für verschiedene Kombinationen Grund-/Schichtmetall 136 Literatur zu Kapitel 5 137

5 Inhaltsverzeichnis 11 Prüfung der Korrosionsbeständigkeit Korrosionsschutz durch galvanische Überzüge Begriffe Allgemeines zur Korrosionsbeständigkeit Kurzzeitprüfungen Kondenswasserklimate Kondenswasser-Wechselklima mit schwefeldioxidhaltiger Atmosphäre Sprühnebelprüfungen mit verschiedenen Natriumchloridlösungen nach DIN Modifiziertes Corrodkote-Verfahren Prüfklimate für elektrotechnische Bauteile mit Edelmetallkontakten Korrosionsprüfungen in künstlicher Atmosphäre mit sehr niedrigen Konzentrationen von Schadgasen Prüfverfahren Kombinierte Prüfungen Umweltsimulation Beschleunigtes Korrosionsverfahren für komplette Fahrzeuge (EKII) Freibewitterung 153 Messung von Eigenspannungen Allgemeines Messung der Eigenspannungen Messung der Eigenspannungen 1. Art Meßprinzip der Methode des biegsamen Streifens Meßprinzip der Streifendehnmethode Beschreibung der verschiedenen Meßmethoden Das Stressometer Das Spiralkontraktometer Das Streifenkontraktometer nach Hoar und Arrowsmith Der Stalz-o-mat Das Längenkontraktometer 164 Literatur zu Kapitel Bestimmung der Härte Vorbemerkungen Definition der Härte Übersicht über die einzelnen Härteprüfverfahren Die Vickershärteprüfung im Mikro- und Kleinlastbereich Grundsätzliches Abhängigkeit der Härte von der Prüfkraft 169

6 12 Inhaltsverzeichnis Materialdicke und Eindringtiefe des Eindruckes Einfluß der Einwirkdauer der Prüfkraft Ausmeßbarkeit der Eindruckdiagonale Proben und Probenvorbereitung Bemerkungen zur AT«oo/?-Härteprüfung Zusammenstellung der Randbedingungen für die Härteprüfung nach Knoop und Vickers Härteprüfung mit Messung der Eindringtiefe unter Prüflast Universalhärteprüfung Weitere Prüfverfahren Härte und Schichteigenschaften 176 Literatur zu Kapitel Messen von Zugfestigkeit und Duktilität Bedeutung für galvanische Schichten Meßmethoden Messung an Folien Herstellung der Folien Der Zugversuch Der Biegeversuch Der Wölbungsversuch Messung an beschichteten Metall- oder Kunststoffolien Der Zugversuch Der Biegeversuch Der Drahtkegelversuch Der Faltversuch Messung der Bruchdehnung durch Wölben der Prüfschicht Messung der Dehnbarkeit bei höheren Temperaturen Zusammenfassung 208 Literatur zu Kapitel Messung der Verschleißfestigkeit Tribologische Grundbegriffe Verschleißprüfung nach DIN Spezielle Verfahren der Verschleißprüfung 213 Literatur zu Kapitel Prüfung der Haftfestigkeit Allgemeines Qualitative Tests Reiben (Preßglänzen) 217

7 Inhaltsverzeichnis Kugelpolieren (Trommeln) Hämmern Kugelstrahlen Biegeprüfungen, Wickeltest Feilprobe und Schleifprobe Anreißversuch Wärmebehandlung Klebeband (Scotch tape)-test Tiefungs- und Eindrucktests Kathodische Beladung Quantitative Prüfungen Abzugsversuch Abschältest Schertests Ritztest Weitere quantitative Tests 233 Literatur zu Kapitel Messung des elektrischen Widerstandes Meßmethoden Das Wirbelstromverfahren Messen nach dem Ohm'schen Gesetz Messen nach dem Gesetz von Matthiessen 239 Literatur zu Kapitel Prüfungen an anodisch erzeugten Oxidschichten auf Aluminium Schichtdickenmessungen von Aluminiumoxid-Schichten Wirbelstromverfahren DIN50984, ISO Lichtschnittmikroskop DIN50948, ISO Lichtmikroskopische Ausmessung an Schliffen DIN 50950, ISO Messung des Scheinleitwertes DIN Besonderheiten bei kaltimprägnierten Teilen Farbtropfentest DIN 50946, ISO 2143 mit Pre-dip Bestimmung des Masseverlustes DIN50899, ISO Lichtechtheitsprüfung ISO Literatur zu Kapitel Statistische Qualitätskontrolle Ziele der statistischen Qualitätskontrolle Aufgabengebiet Qualitätskontrolle Festlegung der Prüfbedingungen Meßverfahren 257

8 14 Inhaltsverzeichnis Regeln für die Entnahme von Prüfstücken und Festlegung der Meßstelle Grundbegriffe Meßwerte, Fehlerarten Stichprobe, Grundgesamtheit Statistische Sicherheit, Irrtumswahrscheinlichkeit, Toleranzbereiche Datenaufbereitung Statistische Verfahren Verteilungsformen Primäre statistische Kennwerte Mittelwert und Standardabweichung bei normalverteilten Meßwerten Anwendung statistischer Verfahren in der Qualitätskontrolle Kontrollkarten Prüfpläne für eine Gut/Schlecht-Prüfung Weitere Anwendungen statistischer Verfahren Prüfverteilungen Ausreißertests Korrelation und Regression Varianzanalyse Schlußbemerkungen Anhang DIN-, ISO- und ASTM-Normen zur Prüfung metallischer Schichten Rauheitsänderungen durch Aufbringen von Oberflächenschutzschichten Chemische Ablöseverfahren für Schichtmetalle von verschiedenen Grundmetallen Elektrolytische Ablöseverfahren für Schichtmetalle von verschiedenen Grundmetallen Lineare Ausdehungskoeffizienten einiger Metalle Umrechnung von Zoll (inch) in um Umrechnung von um in g/cm 2 für die wichtigsten Schichtmetalle Hersteller- und Lieferfirmen von Geräten zur Kontrolle metallischer Schichten 284 Stichwortverzeichnis 286