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Physikalische Grundlagen und das STEP-Verfahren

Das coulometrische Verfahren ist eine der einfachsten und ältesten Methoden für die Schichtdickenmessung. Nach DIN EN ISO 2177 eignet es sich für viele metallische Schichten auf beliebigen Grundwerkstoffen. Besonders bei Mehrschicht-Systemen bietet Coulometrie häufig die kostengünstige Alternative zur Röntgenfluoreszenz .

 

 

So funktioniert das Messverfahren

Als eine elektrochemische Analysemethode ist die Coulometrie die Umkehrung des Galvanisierungsprozesses. Hierbei wird eine Metallschicht durch elektrischen Strom aufgelöst.

Dafür verwendet man eine Messzelle, die mit einem Elektrolyten gefüllt wird. Dieses Miniaturbad wird mit der Öffnung (mit einer definierten Fläche) auf die Beschichtung aufgesetzt. Durch die Einwirkung einer Gleichspannung gehen die Metallatome aus der Beschichtung als Kationen in Lösung und wandern zur Kathode der Messzelle. 

Dadurch fließt, solange die Beschichtung aufgelöst wird, ein konstanter Strom. Wenn die gesamte Schicht abgelöst ist und der Elektrolyt das darunterliegende Material erreicht (Grundwerkstoff oder eine weitere Schicht), kommt es zu einem messbaren Spannungssprung und das Gerät schaltet sich automatisch ab.

Aus der Stromstärke und der Zeit, die der Auflösevorgang gedauert hat, lässt sich über das Faraday´sche Gesetz die Schichtdicke berechnen.

STEP – Simultaneous Thickness and Electrochemical Potential determination

Im Automobilbau werden häufig komplexe Beschichtungen mit mehreren Nickelschichten übereinander verwendet. Diese Beschichtungssysteme sollen zum einen bei Zierelementen für den nötigen Hochglanz sorgen und zum anderen die Korrosionsfestigkeit erhöhen.

Der STEP-Test ist eine seit Langem nach ASTM B764 und DIN EN 16866 standardisierte Messmethode zur Kontrolle der einzelnen Lagen eines solchen Nickelschichtsystems.

Im Unterschied zu dem herkömmlichen coulometrischen Verfahren wird der Potenzialverlauf mit einer zusätzlichen Silber-Elektrode erfasst. Diese Elektrode ist empfindlich genug, um die geringen Potenzialdifferenzen zwischen den einzelnen Nickelschichten zu detektieren. Zusätzlich schaltet sich das Gerät nicht nach einem Potenzialsprung ab, um die Messung mehrerer Schichten in einem Durchgang zu erlauben.

Worauf Sie beim Messen achten sollten

Wie bei allen Verfahren gibt es auch bei der Coulometrie Faktoren, die die Messung beeinflussen können, z. B. die Zusammensetzung des Elektrolyten. 

Zum einen muss der Elektrolyt von seiner Zusammensetzung zu der Beschichtung passen, die aufgelöst werden soll. Zum anderen kann er sich bei sehr dicken Schichten oder bei Wiederholungsmessungen verbrauchen. Kontaktieren Sie uns! Wir beraten Sie gerne bei der Wahl der richtigen Messstrategie.

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