Schichtdicken

Eine korrekte Farb- oder Beschichtungsdicke ist ein wichtiger Parameter in der industriellen Oberflächenbehandlung. Die Funktion eines Beschichtungssystems basiert auf der korrekten Aufbringung des Systems, gemäß den Herstellervorgaben. Jede Schicht, angefangen von der Grundierung bis zur Deckschicht, jede Zwischenschicht unterliegt einer exakt spezifizierten minimalen/maximalen Schichtdicke. Oftmals wird auch die Trocken- und Nassfilmschichtdicke spezifiziert. Obwohl die Trockenfilmschichtdicke ein ausschlaggebender Parameter ...

Eine korrekte Farb- oder Beschichtungsdicke ist ein wichtiger Parameter in der industriellen Oberflächenbehandlung. Die Funktion eines Beschichtungssystems basiert auf der korrekten Aufbringung des Systems, gemäß den Herstellervorgaben. Jede Schicht, angefangen von der Grundierung bis zur Deckschicht, jede Zwischenschicht unterliegt einer exakt spezifizierten minimalen/maximalen Schichtdicke. Oftmals wird auch die Trocken- und Nassfilmschichtdicke spezifiziert.

Obwohl die Trockenfilmschichtdicke ein ausschlaggebender Parameter ist, wird oftmals die Nassfilmschichtdicke während des Beschichtungsprozesses gemessen, damit der Anwender einen Anhaltspunkt über die bereits aufgetragene Schichtdicke erhält. So können durch die Messung der Nassfilmschichtdicke während des Auftragens Fehler sofort erkannt und entsprechende Maßnahmen eingeleitet werden. Das Verhältnis von Trocken- und Nassfilmschichtdicke hängt von dem Volumen der Feststoffe in der Beschichtung ab. Die aufgetragene Nassfilmschichtdicke hängt von vielen Variablen ab, wie z.B. die Art der Beschichtung, die Beschichtungsmethode, die Qualität der verwendeten Geräte, dem Anwender, dem Substrat, der Größe und der Form des zu beschichtenden Teiles. Nicht korrekte Schichtdicken könnten technische Probleme und enorme Kosten verursachen.

Eine zu geringe Trockenfilmschichtdicke kann u.a. zu folgenden Problemen führen:

  • Mangelhafter Korrosionsschutz
  • Verlust der Deckkraft
  • Erosion
  • Rostflecken

Zu hohe Trockenfilmschichtdicken können folgende Probleme verursachen:

  • Extra Materialkosten
  • Ablaufen der Lacke
  • Schuppenbildung
  • Aufplatzen
  • Rissbildung

Mehrschichtsysteme werden oftmals Schicht für Schicht gemessen. Nach der Aushärtung jeder einzelnen Schicht werden eine Vielzahl von Messungen durchgeführt und gespeichert, so dass jede nachfolgende Schicht mit der vorherigen Schicht verglichen werden kann. Techniken und Systeme Es gibt eine Vielzahl an Techniken und Systeme zur Messung der Filmschichtdicke. Die richtige Wahl der Schichtdickenmessgeräte ist abhängig von der Art der Applikation, den Substrateigenschaften, dem Budget u.a.
Die nachfolgend aufgeführten Verfahren sind die gängigsten Verfahren in der Beschichtungs- und Oberflächenbehandlungsindustrie.

Magnetisches Verfahren (Banane), zerstörungsfrei

Magnetische Schichtdickenmessgeräte sind ausschließlich für magnetische Substrate geeignet. Durch die Verwendung eines Magneten in Kombination mit einer kalibrierten Feder kann die Schichtdicke an einer graduierten Skala abgelesen werden. Die Kraft des Magneten hält Magnet und Substrat zusammen. Die dazwischen befindliche Beschichtung schwächt die Kraft des Magneten und der Magnet lässt sich einfacher vom Substrat wegziehen. Je mehr Schichten oder je dicker die Schicht, desto einfacher lässt sich der Magnet abziehen. Die eigentliche Schichtdicke wird durch die Zugkraft ermittelt die benötigt wird, den Magneten vom Substrat zu ziehen. Diese Testmethode sollte nicht verwendet werden bei sehr rauen, gebogenen Oberflächen und sehr dicken Substraten oder Metalllegierungen.
Magnetische Schichtdickenmessgerätesind robust, einfach zu bedienen, tragbar, kostengünstig und brauchen in der Regel nicht kalibriert werden. Das Verfahren ist auch auf heißen Oberflächen einsetzbar.

Wirbelstromverfahren, zerstörungsfrei

Das Wirbelsstrom-Messverfahren ist ein zerstörungsfreies Verfahren, das zur Schichtdickenmessung von nichtleitenden Schichten auf nicht ferromagnetischen Substraten verwendet wird. Durch eine Spule wird ein wechselndes magnetisches Feld erzeugt. Dieses wiederum bewirkt Wechselströme auf der zu untersuchenden Beschichtung. Wird die Sonde in die Nähe einer leitenden Oberfläche gebracht, hat dies Auswirkungen auf das Magnetfeld in der Spule. Wird dieses größer, wird auch der Abstand zum Träger, also zur Schichtdicke, größer. Magnetisch-induktives Verfahren, zerstörungsfrei Dieses Verfahren wird angewendet auf ferro-magnetischen Substraten wie z.B. Eisen oder Stahl. Mit Hilfe einer Induktionsspannung kann die Schichtdicke bestimmt werden. Der Abstand der Sonde zum Substrat bewirkt eine Magnetveränderung und es können somit Rückschlüsse auf die Schichtdicke gezogen werden.

Ultraschallverfahren, zerstörungsfrei

Dieses Verfahren basiert auf Interferenzeffekten zwischen Ultraschallwellen. Diese werden von der Lackschicht zum Teil reflektiert. Mit Hilfe der Phasenverschiebung kann die Lackschichtdicke bestimmt werden. Da einige Ultraschallwellen durch die oberen Lackschichten tiefer in das Substrat bzw. darunter liegenden Lackschichten dringen können und zurückgeworfen werden, ist es möglich, bis zu 3 Lackschichten zu bestimmen. Eine Schichtdickenmessung ist grundsätzlich auf allen Substraten möglich, wie z.B. Stahl, Eisen, Aluminium, Kunststoff, Holz, Glas etc. Da die Eigenschaften einer Beschichtung, bzw. des Substrates wie Kunststoff allerdings sehr unterschiedlich sein können, ist eine genauere Prüfung der Anwendung vor dem Einsatz erforderlich.

Luft-Ultraschallverfahren, zerstörungsfrei

Ein weiteres bekanntes Ultraschallverfahren ist das Messen einer Pulverschichtdicke vor dem Einbrennen mittels des Luft-Ultraschall. Unter bestimmten Voraussetzungen kann der Pulverbeschichter direkt nach dem Applizieren bestimmen, welche Schichtdicke sich nach dem Einbrennen auf dem Substrat befindet und erspart sich somit Nachbearbeitungen oder Fehler in der Beschichtung. Das Gerät arbeitet zerstörungsfrei, da es nicht auf das Substrat aufgesetzt wird. PIG oder Keilschnittverfahren, zerstörend. Diese Prüfmethode wird häufig angewendet auf Substraten wie Kunststoff oder Holz, wo die Wirbelstrom- oder magnetinduktiven Verfahren nicht angewendet werden können. Senkrecht zur Oberfläche wird ein feiner Keilschnitt mittels einer speziellen Klinge in die Beschichtung geschnitten. Die Breite dieses Einschnittes wird mit einem beleuchteten Messmikroskop vermessen.
Multipliziert man die abgelesene Breite mit dem für die Klinge maßgebenden Faktor, erhält man die Schichtdicke. Einzelne Schichten können mit dieser Methode ebenfalls ermittelt werden.

Nassfilmschichtdickenmessung, zerstörend

Diese Prüfmethode wird hauptsächlich mit Nassfilmkämmen oder-rädern durchgeführt. Der Nassfilmkamm ist ein flaches präzises Blech mit kalibrierten Einkerbungen an jeder Seite. Sie werden aus unterschiedlichsten Materialien gefertigt und sind u.a. aus Edelstahl, Kunststoff oder Aluminium erhältlich. Zur Messung der Nassfilmschichtdicke werden sie direkt nach dem Beschichtungsprozess im rechten Winkel kräftig auf die Oberfläche gedrückt und sofort wieder entfernt. Die tatsächliche Nassfilmschichtdicke wird abgelesen an den Einkerbungen, an denen noch Farbe anhaftet, bzw. der Kerbe, welche frei von Farbe ist. Die Messung mit einem Nassfilmkamm ist nicht besonders genau, dient aber zur Einschätzung der ungefähren Nassfilmschichtdicke der Beschichtung, wo die Form und die Größe des Objektes eine genauere Messmethode in diesem frühen Stadium unmöglich macht. Ein Nassfilmdickenmessrad hingegen ist ein sehr präzises, genaues und einfach zu bedienendes Messgerät. Die mittlere der 3 Rollen ist etwas kleiner als die beiden äußeren und dient mit ihrer exzentrischen Form zur Aufnahme des Beschichtungsmaterials. Das Gerät wird nun durch die nasse Beschichtung gerollt. Die Schichtdicke kann an der Stelle abgelesen werden, an der die Farbe die innere Rille berührt. Hochwertigere Nassfilmdickenmessräder sind mit Kugellagern und geriffelten Außenrädern versehen, so dass auch eine Messung an sehr rutschigen Objekten möglich ist (z.B. Coil Coatings etc).

 


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