Bestimmung der mechanischen Eigenschaften von Hartstoffschichten

Hartstoffschichten finden in vielen Bereichen der Industrie Verwendung. Vor allem bei der spanenden Bearbeitung von Materialien werden inzwischen überwiegend Werkzeuge aus beschichteten Schneidstoffen eingesetzt. Je nach Anwendungsgebiet werden maßgeschneiderte Beschichtungslösungen zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit und damit der Standzeit hergestellt. Die Qualitätsüberwachung der maßgebenden Materialeigenschaften dieser Beschichtungen wie der Mikrohärte stellt hohe Anforderungen an die Messtechnik.

Typische Hartstoffbeschichtungen bei spanenden Werkzeugen wie beispielsweise Wendeschneidplatten oder Bohrern dienen hauptsächlich als Schutz gegen Verschleiß, denn Härte und Zähigkeit der Werkzeugschneide werden durch die Beschichtung bestimmt. Die im PVD- oder CVD-Verfahren aufgebrachten Beschichtungen wie z. B. Titannitrit (TiN) sind oft nur wenige Mikrometer dick, so dass eine Charakterisierung der Materialeigenschaften mittels klassischer Härtemessung kaum möglich ist.

Das Verfahren der instrumentierten Eindringprüfung („Mikrohärteprüfung“) bietet dagegen den Vorteil, dass exakte Messwerte bereits bei sehr geringen Schichtdicken (und damit geringen Eindringtiefen der Diamantpyramide) erzielt werden, wobei ein Substrateinfluss auf die Messwerte ausgeschlossen werden kann. Das FISCHERSCOPE® HM2000 arbeitet nach diesem Prinzip und kann neben der Martens-Härte (HM) der Schicht auch weitere Parameter wie die elastische Verformung ermitteln. Das integrierte Mikroskop erlaubt die exakte Positionierung auch auf kleinen Objekten.

Die verfahrensbedingte Rauheit der Schichten macht es zudem notwendig, die Anzahl der Messungen zu erhöhen, um einen aussagekräftigen Mittelwert zu erhalten. Mithilfe der präzise arbeitenden Positioniervorrichtung im HM2000 können solche Mehrfach-Messzyklen automatisiert werden. Beispielhaft sind nachfolgend Messergebnisse einer typischen TiN-Schicht auf einem Bohrer dargestellt.

Tiefenabhängige Martens-Härte einer 1µm dicken TiN-Schicht, ab einem Zehntel der Schichtdicke zeigt sich bereits der Einfluss des Grundwerkstoffes (Bückle-Regel)

Abb. 1: Tiefenabhängige Martens-Härte einer 1µm dicken TiN-Schicht, ab einem Zehntel der Schichtdicke zeigt sich bereits der Einfluss des Grundwerkstoffes (Bückle-Regel)

An der Standardabweichung erkennt man den Einfluss der Oberflächenbeschaffenheit, also der Rauheit der zu messenden Schicht. Durch die Wiederhol­messungen ergibt sich aber die eindeutige Charakterisierung der Härte dieser Beschichtung. Aufgrund der einfachen Probenhandhabung beim FISCHERSCOPE® HM2000 können diese Messungen in einer relativ kurzen Zeit durchgeführt werden.

Mit dem FISCHERSCOPE® HM2000 können verschleißbestimmende Eigenschaften wie Härte und Zähigkeit von Hartstoffschichten an spanenden Werkzeugen wie Bohrern und Wendeschneidplatten präzise ermittelt werden. Zu weiteren Details und einer Probemessung steht Ihnen Ihr Fischer-Repräsentant jederzeit zur Verfügung.

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