Mechanische Eigenschaften dünner Eloxalschichten

Im Automobilbau stehen die Gewichtsreduktion und die damit verbundene Kraftstoffeinsparung an oberster Stelle, deshalb kommen leichte Elemente wie Aluminium zum Einsatz. Damit die Bauteile den mechanischen Belastungen im täglichen Betrieb standhalten, müssen sie hart und verschleißfest sein. Hierzu werden vermehrt harteloxierte Beschichtungen eingesetzt.

Harteloxalschichten haben normalerweise eine Dicke von 30-80 µm. Es gibt aber auch anodisierte Schichten mit nur wenigen µm Dicke. Hier geraten klassische Härtemesssysteme mit der optischen Auswertung eines Eindrucks (Vickers-Verfahren) an ihre Grenzen. Besser eignet sich dafür das Verfahren der instrumentierten Eindringprüfung, mit dem nicht nur die Härte anhand der plastischen Verformung (HV), sondern auch weitere qualitätsbestimmende Eigenschaften ermittelt werden können. Mit diesem Messverfahren können zudem die Eloxalschichten auch ohne den Einfluss des Substrates gemessen werden.

Für solche technischen Anwendungen müssen die harteloxierten Schichten über den gesamten Schichtquerschnitt eine konstante Härte von 400-600 HV aufweisen. Weichere Eloxalschichten für dekorative Anwendungen liegen mit der Härte bei etwa 200-400 HV und erreichen diese wenige 100 nm unter der Oberfläche.

Das FISCHERSCOPE® HM2000 bietet mittels der sogenannten ESP-Messung (Enhanced Stiffness Procedure) die Möglichkeit, mechanische Eigenschaften wie die Vickers-Härte oder das elastische Eindringmodul tiefenabhängig zu ermitteln.

Abbildung 1 zeigt die Vickers-Härte HV (DIN-konform errechnet aus der Eindring-Härte HIT) und das Eindringmodul EIT zweier Eloxalschichten: einer Harteloxalschicht (480 HV) mit 11 µm Schichtdicke (rote Kurven) und einer weicheren Eloxalschicht mit 14 µm Schichtdicke (blaue Kurven). Die größere Standardabweichung der Harteloxalschicht beruht auf der raueren Oberfläche.

Abb. 1a: abgeleitete Werte zur Vickers-Härte (HV): Harteloxal (rot) und weiches Eloxal (blau)

Abb. 1b: Eindringmodul (EIT): Harteloxal (rot) und weiches Eloxal (blau)

Deutlich zu erkennen in Abb. 1a ist die gleichbleibende Härte für die gesamte Harteloxalschicht und die ansteigende Härte der weicheren Eloxalschicht. Die weichere Schicht hat zudem eine geringere Elastizität (Abb. 1b Eindringmodul). Beim Harteloxal nimmt die Elastizität zum Substrat hin ab.

Das FISCHERSCOPE® HM2000 ist hervorragend zur Bestimmung der mechanischen Eigenschaften dünner Eloxalschichten geeignete. Neben der Härte lassen sich weitere plastische und elastische Materialparameter ermitteln. Für mehr Informationen steht Ihnen Ihr Fischer-Ansprechpartner gerne zur Verfügung.

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