User Case

Oberflächenmessgerät zur Charakterisierung von Werkstoffen

Profilometrie und konfokale Mikroskopie waren nicht länger ausreichend. Heute werden Werkstoffe mit dem optischen 3D Messsystem InfiniteFocus gemessen.


Die Materialwissenschaften befassen sich unter anderem mit der Untersuchung von Werkstoffoberflächen einschließlich ihrem mechanischem Verhalten. Materialermüdung, Abnutzung und Korrosionsbeständigkeit sind Eigenschaften, die hochgradig von der Mikrostruktur der Bauteile abhängen. Mit InfiniteFocus von Alicona verfügt die Universität von Malaysia u.a. über die Möglichkeit, Größe, Form und Textur von verschiedensten Materialien zu messen. Die 3D Oberflächenmessgeräte von Alicona erfassen spezifische Oberflächenmerkmale und erlauben eine nähere Charakterisierung von Werkstoffen.

Azman Jalar,
stv. Direktor und leitender wiss. Mitarbeiter von IMEN, National University of Malaysia

„Mit Alicona steht uns ein leistungsstarkes Gerät für oberflächenrelevante Untersuchungen im Bereich der Materialwissenschaften zur Verfügung. Messungen ermöglichen es uns, eine Aussage zu treffen, inwieweit die Oberflächeneigenschaft eines Materials ein bestimmtes Verhalten hervorruft. Sämtliche Materialien wie Metalle, Halbleiter, Keramiken, Polymere, Komposite und Metalllegierungen können mit InfiniteFocus hochauflösend gemessen werden. Das Messsystem ist einfach zu bedienen und erfordert kaum Schulungsaufwand.“

Korrelation zwischen Oberfläche und Funktion messen

Kernkompetenz des Instituts für Mikromechanik und Nanoelektronik (IMEN) der Universität von Malaysia ist die eingehende Erforschung der Oberflächenstruktur von Werkstoffen und deren Einfluss auf das physikalische und mechanische Verhalten. Das Hauptaugenmerk der Forschung liegt darin, Größe, Form und Textur zahlreicher Feststoffe wie Metalle, Halbleiter, Keramiken, Polymere, Komposite und Metalllegierungen zu bestimmen. Materialermüdung, Abnutzung und Korrosionsbeständigkeit sind Eigenschaften, die bei der Entwicklung von neuen, widerstandsfähigen Materialien herangezogen werden.

Alicona 3D Messung einer gekrümmten Metallplatte. Formabzug ermöglicht präzise Rauheitsmessung auf Bauteilen.

„Konfokale Mikroskopie nicht ausreichend“

Die Untersuchung bestimmter Eigenschaften von Bauteilen und Werkstoffen war bisher auf die Verwendung von konfokaler Mikroskopie und Profilometrie beschränkt. Erst seit die Forschungseinrichtung das Oberflächenmessgerät für Form und Rauheit, InfiniteFocusim Einsatz hat, ist eine vollständige Materialuntersuchung möglich. „Bevor wir Alicona kannten, waren die Untersuchungsmöglichkeiten stark eingeschränkt. Weder mit dem Einsatz von konfokaler Mikroskopie noch 2D Profilometrie war es uns möglich, polierte Metalloberflächen oder Siliziumwafer in dieser Präzision zu messen“, so der stellvertretende Direktor und leitende wissenschaftlicher Mitarbeiter von IMEN, Azman Jalar. Mit dem Einsatz von InfiniteFocus hat IMEN erstmals ein Werkzeug zur Quantifizierung von Oberflächen gefunden, das perfekt mit den Anforderungen ihrer Forschungstätigkeit übereinstimmt. Alicona ist damit ein fester Bestandteil zur Charakterisierung von Werkstoffen geworden.

Alicona 3D Messung einer korrodierten Aluminumplatte. Automatische Fehlererkennung ist möglich.

Korrosionsermüdung mittels Rauheitsmessung verstehen

Die Forschungstätigkeiten bei IMEN sind breit gefächert. Mit dem Oberflächenmessgerät von Alicona wird hauptsächlich die Rauheit gemessen. Alicona Messsysteme ermöglichen sowohl profilbasierte Rauheitsmessungen (Ra, Rq, Rz) als auch Oberflächentexturmessungen (Sa, Sq, Sz). Zusätzlich liefern flächenhafte Messungen, Traglastflächenkurve und fraktale Dimensionsanalyse wichtige Erkenntnisse. Die Messungen erlauben ein umfassendes Verständnis in Bezug auf die Oberflächenfunktionalität, quantitative Korrosion oder Schadensanalyse. Während andere Technologien lediglich die 2D Klassifizierung von korrodierten Flächen zulassen, liefert InfiniteFocus vollständige 3D Oberflächeninformationen. Korrosionsmessungen erfolgen einfach und schnell, da das System speziell auf Korrosionsanalyse von großen Scanbereichen bis zu 200x200mm ausgerichtet ist. Hochauflösende, rückführbare und wiederholgenaue Messungen sowie Echtfarbendarstellung der Oberflächen ermöglichen Rückschlüsse auf Materialeigenschaften.

Ra der arithmetische Mittelrauwert ist das Integral des absoluten Rauheitswerts geteilt durch die Messstrecke.
Rq ist der quadratische Mittelwert der Rauheit des Profils
Rz Gemittelte Höhe des Rauheitsprofils

Mit InfiniteFocus misst IMEN eine große Bandbreite an Komponenten, die sich in Größe, Material und Oberflächeneigenschaften unterscheiden: „Wir untersuchen eine Vielzahl von Komponenten mit zylindrischer oder beliebiger Form. InfiniteFocus setzen wir z.B. ein, um gekrümmte Metallplatten zu messen. Damit ist es uns möglich, hochauflösende 3D Datensätze zu generieren und anschließend einen Formabzug durchzuführen. Strukturdetails werden so unabhängig von Formeigenschaften des Objektes analysiert“. Selbst fortgeschrittene Korrosionsuntersuchungen von Materialien unterschiedlicher Oberflächengüte wie Edelstahl, Nickel-Legierungen, Titan- oder Aluminiumlegierungen sind messbar.

Alicona: Automatische Korrosionsüberprüfung mit InfinteFocus. Die Parameter aller Defekte werden aufgelistet.

Weitere Einsatzmöglichkeiten von Alicona Messsystemen in den Materialwissenschaften:

  • Nachweis einer Korrelation zwischen Oberflächenparametern und Funktionsverhalten von Feststoffen
  • 3D Messung von Metallen, Halbleitern, Keramiken, Polymeren, Kompositen und Metalllegierungen
  • Wissenschaftliche Forschung in Bezug auf Korrosion, Tribologie, Bruchverhalten etc.
  • 3D Messung von Profilrauheit, Oberflächentextur und Volumen inklusive fraktaler Dimension und Traglastflächenkurve

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