Lack Schicht für Schicht bestimmt

Mit dem »TRIBO-TESTER« werden Verschleißeigenschaften von Hartstoffschichten beurteilt. Wissenschaftler des Fraunhofer IPA haben ihn weiterentwickelt und können nun an organischen Beschichtungen Lackhaftungseigenschaften detailliert untersuchen und Aussagen über die Härte der einzelnen Lackschichten treffen.

Die Anforderungen an lackierte Werkstückoberflächen sind in den letzten Jahren erheblich gestiegen. Sowohl an optische als auch an funktionelle Eigenschaften einer Beschichtung werden immer höhere Qualitätsansprüche gestellt. Die bisher üblichen empirischen Mess- und Prüfverfahren reichen oftmals nicht mehr aus, um diese Qualität zu garantieren. Neue, differenzierende Messverfahren sind gefragt, die beispielsweise bei der Haftfestigkeitsbewertung von Mehrschichtaufbauten sämtliche Schichten einzeln auflösen können. Da die sich verschärfende Wettbewerbssituation zunehmend schnellere Produktentwicklungszeiten fordert, sollten diese idealerweise schon im Vorfeld der Entwicklung schnelle und zuverlässige Aussagen über die zu erwartende Beschichtungsqualität und die Güte des Produktionsprozesses liefern. Wissenschaftler der Abteilung Lackiertechnik am Fraunhofer IPA haben darum ein gängiges Verfahren aus der Hartstofftechnik, bei dem mit dem sog. »TRIBO-TESTER« Verschleißeigenschaften von Hartstoffschichten beurteilt werden, aufgegriffen und für die Anwendungen an organischen Beschichtungen weiterentwickelt.

Die messtechnische und rechnerische Erfassung einzelner Materialkenngrößen ist zwar weitestgehend durch das Deutsche Institut für Normung e. V. und in entsprechenden Empfehlungen festgelegt. Die praxisorientierte Anwendung der bislang am Markt vorhandenen Messgeräte in der Lackiertechnik erweist sich allerdings oft als schwierig, da sie häufig nur eine Kombination mehrerer Werkstoffeigenschaften erfassen. So werden beispielsweise bei der Haftprüfung durch den »Multisteinschlag« gleichzeitig auch Effekte der Kratzfestigkeit, des elastisch-plastischen Verhaltens und des Verschleißverhaltens mit erfasst. Eine gültige Aussage über die Zwischenhaftung der Lackschichten ist nicht möglich. Selbst wenn man die Haftfestigkeit eines Mehrschichtaufbaus mit dem Gitterschnittverfahren (nach DIN 53 151) oder der Stirnabzugmethode (nach DIN 53 232) bestimmt, kann nicht zwischen mangelnder Zwischenschichthaftung an den Grenzflächen des Systems (Adhäsionsbruch) und der durch ungenügende Verfilmung hervorgerufenen Schwächung des kohäsiven Beschichtungsgefüges unterschieden werden.

Diese Prüfungen geben auch keinen ganzheitlichen Überblick über die Haftfestigkeiten, da nur der Bruch des »schwächsten Gliedes« zu einer Aussage führt. Zudem können der subjektive Einfluss des Prüfers oder die mangelnde Sorgfalt bei der Probenvorbereitung zu einer Fehlinterpretation oder zu einer ungenügenden Reproduzierbarkeit der Messergebnisse führen.

Anders das am Fraunhofer IPA weiterentwickelte Messverfahren: Hierbei wird ein kugelförmiger Prüfstylus in einer Oszillationsbewegung mit konstanter Gleitgeschwindigkeit und ebenfalls konstanter, senkrecht einwirkender Normalkraft durch jede Schicht geführt. Jedem Hub ist so eine messbare Reibkraft zugeordnet, die gleichzeitig mit dem berechneten Reibwert als charakteristische Verlaufskurve graphisch ausgegeben wird. Vergleicht man die hieraus resultierenden Kurvenverläufe mit den Ergebnissen konventioneller Prüfmethoden, so zeigt sich, dass sie mit der Multisteinschlagprüfung (nach VDA) und gängigen Härtemessverfahren (Universalhärte nach Fischer, DIN 55 676 und Pendeldämpfung nach König, DIN 53 157) korrelieren. In Bezug auf die Haftfestigkeit sind im Gegensatz zum Gitterschnittverfahren Mängel im Haftungsverbund von Mehrschichtaufbauten anhand von Reibwerteunterschieden in den Grenzschichtbereichen erkennbar. Die entstehende Reibspur kann zu jeder Zeit des Prüfverlaufs mit einem digitalen Videomikroskop optisch vermessen werden. Das neue Verfahren eröffnet somit zahlreiche neue Möglichkeiten, Lackhaftungseigenschaften detailliert zu untersuchen und gleichzeitig Aussagen über die Härte organischer Beschichtungen zu treffen.

Ihre Ansprechpartner für weitere Informationen:
Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA
Dipl.-Ing. (FH) Dirk Michels, Telefon: 0711/970-1768, Telefax: 0711/970-1001, 
E-Mail: dkm@ipa.fhg.de
Dipl.-Ing. Andreas Scheibe, Telefon: 0711/970-1729, Telefax: 0711/970-1001, 
E-Mail: aas@ipa.fhg.de