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16 Februar 2016 | Oberflächen POLYSURFACES 05/2015 | Uhrenfabrik Produit

Dünne Schichten auf kleinen Bauteilen zerstörungsfrei prüfen

Uhren mit mechanischem Werk enthalten zahlreiche feine, hochgenau gefertigte Bauteile. Um funktionelle und dekorative Ansprüche zu erfüllen, wird ein Grossteil dieser Bauteile beschichtet. Die zuverlässige Prüfung dieser Beschichtungen stellt hohe Anforderungen an die Messtechnik.
Bei mechanisch beanspruchten Teilen kann die Abnützung durch harte Schichten wie Chrom, Nickel oder PVD/CVD verringert werden. Bei Sichtteilen dominieren Edelmetalle, die in Bezug auf Glanz, Farbe und Wertigkeit jede Oberfläche zu einem Highlight werden lassen.
 
Trends und Entwicklungen
Die Trends in der Beschichtungstechnik von Bauteilen führen zu noch dünneren Schichten und komplexeren Legierungen. Um auch die modernsten Beschichtungen zuverlässig kontrollieren zu können, muss die Messtechnik mit den neusten Entwicklungen Schritt halten. Speziell die Messung von dünnsten Beschichtungen auf sehr kleinen Bauteilen ist besonders anspruchsvoll, da die zu quantifizierende Menge an Schichtmaterial sehr gering ist. Aus demselben Grund stellt auch die Bestimmung von minimalen Elementkonzentrationen in Legierungen bei kleiner Teilegrösse hohe Anforderungen an die Technik.
Während herkömmliche Röntgenfluoreszenz-Geräte mit Proportionalzählrohr-Detektoren gut für Messungen von dicken Schichten auf kleinen Teilen geeignet sind, bieten handelsübliche, modernere Röntgenfluoreszenz-Geräte mit Silizium-Drift-Detektoren optimale Ergebnisse bei dünnsten Schichten auf grösseren Bauteilen. Um das Beste aus diesen beiden Welten zu vereinen, wird für die «Fischerscope X-Ray XDV-µ»-Geräte eine besondere Kombination aus Silizium-Drift-Detektoren und Polykapillaroptiken verwendet.
Die Polykapillaroptik bündelt die Röntgenstrahlung auf einen sehr kleinen Messfleck. Durch diese Fokussierung lassen sich sehr kompakte Bauteile unter Ausschluss von Störsignalen aus der Umgebung und mit der gesamten Röntgenintensität prüfen. Der Silizium-Drift-Detektor sorgt für eine hochauflösende Erfassung der erzeugten Fluoreszenzstrahlung des Bauteils.
 
Verschiedene Teile einer mechanischen Uhr.
 

Analyse von Phosphorgehalt in NiP
Der Phosphorgehalt einer NiP-Oberfläche hat einen wesentlichen Einfluss auf die mechanischen und chemischen Eigenschaften wie beispielsweise die Härte, die Flexibilität und das Korrosionsverhalten. Um gleichbleibende mechanische Eigenschaften der Teile zu gewährleisten, ist die exakte Bestimmung des Phosphoranteils unumgänglich. Bereits geringe Abweichungen können die Bauteileigenschaften spürbar verändern.
Für die Bestimmung des Phosphorgehalts wird die Fähigkeit zum Nachweis von leichten Elementen sowie eine ausreichend hohe Strahlungsintensität auf kleinster Fläche benötigt. Die Kombination aus Silizium-Drift-Detektor und Polykapillaroptik erfüllt hier diese Anforderungen. Selbst in dünnen Schichten von nur 0,5 µm auf Bauteilen bis minimal 20 µm Grösse (lateral) lässt sich der Phosphorgehalt mit dem Gerät «Fischerscope X-RayY XDV-µ» zuverlässig bestimmen.
 
Dickenmessung von Rhodium- und Goldschichten
Für Sichtteile in Uhren werden Rhodium und Gold zum Teil als Dünnschichten in Stärken unter 50 nm aufgebracht. Typische Beispiele sind Uhrenzeiger oder kleine Getriebebestandteile. Die aufgetragenen Schichten müssen nur gerade so dick sein, um den erwünschten optischen Effekt zu erzielen. Wird die Edelmetallschicht dicker aufgebracht, bedeutet dies einen unnötigen Verlust an Material und Kosten.
Um die Dicke von Dünnfilmen zuverlässig zu quantifizieren, ist eine entsprechend genaue Messtechnik erforderlich. Denn nur wenn sich die Beschichtungsdicke genau und präzise prüfen lässt, kann man auf eine dickere Schicht aufgrund von Messungenauigkeiten verzichten. Mit den «XDV-µ»-Geräten können Gold- und Rhodiumschichten bis minimal 5 nm auf einer lateralen Messfläche von 20 µm exakt gemessen werden.
 
Für das Gerät «Fischerscope X-Ray XDV-µ» wird eine besondere Kombination aus Silizium-Drift-Detektoren und Polykapillaroptiken verwendet.

 

Bedienerfreundlichkeit an erster Stelle
Bei Fischer zählen aber nicht nur die messtechnischen Qualitäten unserer Prüfgeräte. Ein gutes Messgerät unterstützt und vereinfacht den Ablauf der Bauteilkontrolle und entlastet somit den Bediener.
Alle «Fischerscope»-Geräte bestechen durch eine hervorragende Langzeitstabilität und hohe Präzision. Dadurch lassen sich deutlich längere Betriebszeiten zwischen den Kalibrierintervallen realisieren, was den Kalibrieraufwand erheblich verringert. Die Bedienung des Gerätes «Fischerscope X-Ray XDV-µ» ist dank der «WinFTM»-Software denkbar einfach. Sie zeichnet sich durch eine intuitive Bedienführung und viele vordefinierte, automatisierte Abläufe aus. Zudem orientiert sich die Gestaltung der Software am Windows-Standard, so dass für Routinemessungen keine besondere Einarbeitung notwendig ist.
Weltweit vertrauen Industrie, Forschung und Wissenschaft auf die Zuverlässigkeit und Genauigkeit der Fischer-Geräte. Dieser Verantwortung stellt sich das Unternehmen mit einer konsequenten Entwicklungsstrategie für moderne Messsysteme und innovative Software.
Prüfen Sie die Oberflächen von kleinen Bauteilen? Kontaktieren Sie uns, gerne besprechen wir mit Ihnen Ihre Messaufgabe.
 
Helmut Fischer AG
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