Schichtdicken exakt messen – ohne zu kalibrieren

Auf der einen Seite geht bei einer zu dünnen Beschichtung die diffusionshemmende Wirkung der Beschichtung verloren und damit der Korrosionsschutz, auf der anderen Seite büsst die Beschichtung bei einer zu hohen Schichtdicke ihre elastische Eigenschaft ein.
Zudem ist bekannt, dass die gewünschte Farbe und Oberflächenbeschaffenheit einer Beschichtung nur in einem schmalen Schichtdickenfenster erreicht werden können.

Optimierungen der Schichtdicke im laufenden Prozess vorzunehmen
Daher ist es von entscheidender Bedeutung, die Schichtdicke zu messen und zu kontrollieren, um sicherzustellen, dass eine Beschichtung den spezifischen Anforderungen entspricht.
Die Schichtdickenmessung kann sowohl vor als auch nach dem Einbrennen beziehungsweise Trocknen durchgeführt werden, wobei eine frühzeitige Messung den Vorteil bietet, Optimierungen der Schichtdicke im laufenden Prozess vorzunehmen. Typischerweise werden für die Schichtdickenmessung im vernetzten Zustand kontaktierende Messgeräte nach dem Wirbelstrom oder magnet-induktiven Prinzip eingesetzt. Die Grundlage dieses Prinzips wurde in den 1950er-Jahren entwickelt und basiert auf der Dämpfung eines elektrischen Schwingkreises in der Nähe eines metallischen Untergrunds. Messgeräte dieses Bautyps werden noch heute nahezu unverändert aufbaut und angeboten.
Ein entscheidender Nachteil dieser Messgeräte besteht in der Abhängigkeit der Messung von Geometrie, Leitfähigkeit und Magnetisierbarkeit des zugrundeliegenden Werkstücks. Auf kompliziert geformten Objekten, wie beispielsweise Autorädern, ist eine Neukalibration für nahezu jeden gesetzten Messpunkt erforderlich, was eine flächendeckende Messung der Schichtdicke praktisch unmöglich macht.

Präzise Messung schnell bewegenden Bauteilen
Messgeräte zur berührungslosen Schichtdickenmessung auf Basis von Advanced Thermal Optics (ATO) erwärmen die Beschichtung mit einem kurzzeitigen Lichtimpuls. Mittels dynamischer Messung der Oberflächentemperatur wird die Zeit gemessen, bis die Wärme das Substrat erreicht, wobei eine Schichtdicke von einem Mikrometer etwa einer Millisekunde entspricht.
Die hohe Geschwindigkeit erlaubt eine präzise Messung selbst an sich schnell bewegenden oder schwankenden Bauteilen. Das Verfahren erlaubt selbst auf rauen Untergründen und strukturierten Beschichtungen eine genaue Messung. Die Laufzeit der Wärme hängt neben der Schichtdicke von den thermischen Eigenschaften der Beschichtung ab. Diese sind verschiedenen Farben und Lacken zwar sehr ähnlich, zeigen aber messbare Unterschiede. Die Firma coatmaster AG hat nun in Kooperation mit der Firma EUROLACKE powder coatings eine Materialdatenbank für das berührungslose Schichtdickenmessgerät coatmaster Flex erstellt, die eine kalibrationsfreie und µm-genaue Schichtdickenmessung von Axalta Pulverlacken auf metallischen Untergründen nach dem Einbrennen erlaubt. Die Datenbank verfügt über Kalibrationen von über 400 unterschiedlichen RAL-Tönen. Die einzelnen Kalibrationen können universell für glatte und strukturierte Lacke eingesetzt werden.
Zur Demonstration der Genauigkeit wurde ein Auto Rad mit einem glatt verlaufenden Pulverlack (RAL 1028) beschichtet und eingebrannt. An unterschiedlichen Stellen wurde eine berührungslose Messung mit dem coatmaster Flex mit einer Kalibration aus der Materialdatenbank durchgeführt. Anschliessend wurde die Schichtdicke im Querschliff mit dem Mikroskop bestimmt. Die ermittelte Wiederholgenauigkeit der Messung mit dem coatmaster Flex liegt bei 0,9 Prozent des angezeigten Messwerts. Der Ablesefehler bei den mikroskopisch ermittelten Schichtdicke bei rund 2 µm.

Auf Materialdatenbank zugreifen.
Die Materialdatenbank für Pulverlacke befindet sich aktuell noch im Aufbau und wird fortlaufend mit Kalibrationen für Pulver-, Nasslacke und Funktionsbeschichtungen anderer Hersteller erweitert. Beschichter können über http://coatmaster.cloud auf die Materialdatenbank zugreifen und fertige Kalibrationen auf ihre Geräte übertragen.
So Tore Sievers von EUROLACKE powder coatings: «Wir möchten unseren Kunden immer den bestmöglichen Service bieten. Mit der Materialdatenbank können unsere Produkte immer exakt gemessen werden – ohne zusätzliche Kalibration.»
Laut Prof. Dr. Nils Reinke von coatmaster: «Der coatmaster Flex ist eine enorme Hilfe, da Qualitätsvorgaben von Qualicoat und GSB bereits vor dem Einbrennen bestimmt werden können. Die Materialbank wird daher fortlaufend mit Kalibrationen für Pulverlacke erweitert. Auch Kalibrationen von Produkten weiterer Pulverlackhersteller werden schrittweise ergänzt.»

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