Eigenspannungsmessung an beschichteten Oberflächen mittels Holografie

Das neu entwickelte Verfahren ermöglicht die zeitlich und räumlich hochaufgelöste Bestimmung von Eigenspannungen in beschichteten Oberflächen bzw. in Schichtverbundwerkstoffen optisch und kontaktlos mittels digitaler Holographie.

• Optische, kontaktlose Bestimmung der Eigenspannungen
• auch stark gekrümmte Freiformflächen können untersucht werden
• auch kleine Objekte (wenige mm²) können untersucht werden
• Untersuchung während des Beschichtungsprozesses möglich (Quasi-Echtzeit-Verfahren)

Für alle beschichteten Oberflächen bei denen Eigenspannungen auftreten können.

Dekorative oder funktionale Oberflächeneigenschaften werden häufig durch Beschichtungen realisiert. Beschich­tungen schützen z. B. gegen Korrosion und Verschleiß, sie ergänzen aber auch besondere thermo- und elektro­physikalische Eigenschaften. Mit hochenergetischen Verfahren abgeschiedene Schich­ten besitzen oft herstellungsbedingte Eigenspannungen, die das Schichtverhalten im Einsatz beeinflussen können, sie können bspw. zu Abplatzen oder Rissbildung führen. Es ist deshalb wichtig, diese Eigenspannungen und ihre Auswirkungen im Schichtenverbund zu erkennen.

Zur Zeit werden verschiedene Techniken verwendet, um Eigenspannungen zu erkennen und zu messen, wie zum Beispiel das Mikrozirkularfräs- oder Bohrlochverfahren und die Röntgen-Diffraktometrie. Spezielle Methoden, die nur für Messungen auf leitenden bzw. magnetischen Pro­ben eingesetzt werden können, wie Wirbelstrommessver­fahren, induktive Messverfahren und Barkhausenrauschen werden ebenfalls angewand. Im Allgemein erlauben die bisher entwickelten Messsysteme nicht die zeit- und ortsaufgelöste Unter­suchung während des Beschichtungsprozesses. Außer­dem ist das Bohrlochverfahren auf ebene und relativ glatte Oberflächen beschränkt und die Röntgen-Diffrakto­metrie hat wenig Tiefenauflösung und ist sehr zeitauf­wendig und kostenintensiv.

Das an der Universität Stuttgart neu entwickelte Ver­fahren ermöglicht die zeitlich und räumlich hochaufgelöste Bestimmung von Eigenspannungen in beschichteten Oberflächen bzw. in Schichtverbundwerkstoffen optisch und kontaktlos.

Die beschichtete Oberfläche wird mithilfe eines Pulslasers belichtet, was einen Teil der Schicht lokal entfernt oder erwärmt, um eine Verformung derselben zu erreichen. Die neue Form der Oberfläche nach der Laserbeaufschlagung wird dann mittels digitaler Holografie vermessen. So können die in der Schicht vorliegenden Eigenspannungen numerisch bestimmt werden. Zusätzlich werden kontinuumsmechanische Berechnungen durchgeführt, wobei mittels Finite-Elemente-Modellen definierte Eigen­spannungszustände vorgegeben werden. Das optische Verfahren erlaubt es auch stark gekrümmte Objekte und Bauteiloberflächen zu untersuchen.