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Messung von Cr/Ni/Cu-Schichten am Beispiel eines Duschkopfes

Messung von Cr/Ni/Cu-Schichten am Beispiel eines Duschkopfes
Fischer Marketing Team | 24. April 2020

Ein Duschkopf sieht in der Regel silberglänzend aus, solides Metall wie man meinen könnte, allerdings ist das Grundmaterial sehr oft aus Kunststoff.

Der typische Schichtaufbau ist Chrom/ Nickel/Kupfer auf Kunststoff-Grundmaterial. Die dekorativen Cr-Schichtdicken bewegen sich im Bereich von 0,5 μm oder noch darunter, die Ni- Schicht ist 5 – 10 μm, die Cu-Schicht ist bis zu 30 μm oder sogar noch dicker.

Eine zerstörungsfreie Messmöglichkeit bietet hier das Röntgenfluoreszenz (XRF)- Verfahren. Im Bild 1 sehen Sie den Messaufbau auf einem FISCHERSCOPE® X-RAY XDLM®. Zur Durchführung der Messung wurde eine Messaufgabe verwendet, die Cr-, Ni- und Cu- Schichten auf einseitig beschichtetem Kunststoff bestimmt.

Folgende Punkte sind bei dieser Messung zu beachten:

Ausrichtung der Probe zum Detektor (Proportionalzählrohr).

Es sollte immer an der höchsten Stelle gemessen werden. Außerdem ist es wichtig zu wissen, wie der Detektor im Messgerät angeordnet ist. Wird der Dusch- kopf längs zum Detektor angeordnet, wirken sich kleinere Verschiebungen der Messposition nicht so stark auf das Ergebnis aus.

Verkippung vermeiden

Die Probe darf nicht verkippt sein, d. h. der zu messende Punkt sollte absolut waagrecht liegen. Diese Forderung sollte besonders beachtet werden, da es an der Probe häufig keine ebenen Flächen gibt.

Korrekte Videofokussierung der Messstelle

Wird am Messort nicht richtig scharf gestellt, so geht die Auswertesoftware von einem falschen Messabstand aus. Dies kann zu fehlerhaften Messungen führen.

XRF-Sättigungsdicke

Bei der XRF-Messung gibt es physikalische Grenzen. Bei zu großer Schichtdicke kommt man in den Bereich der Sättigung. Diese Grenze kann bei Geräten mit WinFTM®-Software für eine bestehende Messaufgabe abgeschätzt werden.

In Bild 3 wurde die Messbereichsgrenze für die Cu-Schicht ermittelt, unter der Annahme, dass die Deckschichten Cr 0,2 μm und Ni 7,5 μm dick sind. Der Messbereich für die darunterliegende Cu-Schicht liegt hier bei ca. 1 bis 25 μm.

Werden alle Punkte sorgfältig beachtet, so kann der Duschkopf zerstörungsfrei mit XRF vermessen werden.

Bei Cr/Ni/Cu-Schichten gibt es alternativ auch die Möglichkeit, die Schichtdicken coulometrisch zu bestimmen. Hierbei werden die Schichten an der Messstelle nacheinander abgelöst und über die Ablösezeit wird die Schichtdicke im COULOSCOPE® CMS bestimmt.

In Tabelle 1 werden die gemessenen Schichtdicken gegenübergestellt: Es wurden beim XRF-Verfahren pro Messpunkt 4 Stellen rund um den coulometrischen Messpunkt gemessen. Die coulometrischen Ergebnisse bestehen jeweils aus einer Messung für jedes Schichtelement.

Die Messwerte der beiden Verfahren liegen sehr nahe beieinander, dem geübten Betrachter fällt trotzdem auf, dass diese nicht exakt zu denselben Ergebnissen kommen.

Gründe für die Unterschiede liegen in der Positionierung der Probe bei der XRF-Messung, auch Inhomogenitäten der Schichten können eine Rolle spielen.

Bei Cu kommt noch hinzu, dass man sich bei der Probe nahe an der XRF-Sättigungsdicke befindet und deswegen die Messunsicherheit stark ansteigt.

Mit dem COULOSCOPE® CMS bietet sich die Möglichkeit, bis zu ca. 50 μm dicke Cu-Schichten zu messen. Die coulo- metrische Methode kann somit eine wichtige Ergänzung zum XRF-Verfahren darstellen.

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