Physikalische Grundlagen und das STEP-Verfahren
Das coulometrische Verfahren ist eine der einfachsten und ältesten Methoden für die Bestimmung der Schichtdicke und zählt zu den elektrochemischen Analyseverfahren. Die Coulometrie nutzt das Faradaysche Gesetz zur Bestimmung der Schichtdicke. Nach DIN EN ISO 2177 eignet es sich für viele metallische Schichten auf beliebigen Grundwerkstoffen. Besonders bei Mehrschicht-Systemen bietet die Methode der Coulometrie häufig die kostengünstige Alternative zur Röntgenfluoreszenz .
So funktioniert die coulometrische Schichtdickenmessung
Die Coulometrie ist die Umkehrung des Galvanisierungsprozesses. Bei der coulometrischen Schichtdickenmessung wird eine Metallschicht durch einen konstanten elektrischen Strom aufgelöst.
Für die Messung 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 von Elektrolyt und Gleichstrom gehen die Metallatome aus der Beschichtung als Kationen in die Lösung und wandern zur Kathode der Messzelle.
Wenn die gesamte Schicht abgelöst ist und der Elektrolyt das darunterliegende Material erreicht (Grundwerkstoff oder eine weitere Schicht), kommt es zu einer Erhöhung des elektrischen Widerstands und dadurch zu einem messbaren Spannungssprung, der zu einer automatischen Abschaltung des Messgerätes führt.
Aus der Zeit, die der Auflösevorgang gedauert hat, lässt sich über das Faradaysche 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.
Die Methode des STEP-Tests 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 Verlauf des Elektrodenpotentials mit einer zusätzlichen Silber-Elektrode erfasst. Diese Elektrode ist empfindlich genug, um die geringen Potenzialdifferenzen zwischen den einzelnen Nickelschichten zu detektieren. Hier erfolgt die Bestimmung der Schichtdicke und der Potenzialdifferenzen manuell aus dem Verlauf des Elektrodenpotenzials (Spannung-Schichtdicke-Kurven). Das Gerät schaltet sich nicht nach einem Potenzialsprung ab, um die Messung mehrerer Schichten in einem Durchgang zu erlauben.
Worauf Sie bei der Messung 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 zum Grundwerkstoff und zur Beschichtung, die aufgelöst werden soll, passen. Zum anderen kann er sich bei sehr dicken Schichten oder bei Wiederholungsmessungen verbrauchen. Kontaktieren Sie uns! Wir beraten Sie gerne mit weiteren Informationen, Lösungen und bei der Wahl der richtigen Messstrategie.
- Zum Produkt: COULOSCOPE CMS2 und COULOSCOPE CMS2 STEP COULOSCOPE CMS2 und COULOSCOPE CMS2 STEP
