Schichtdicke und Beschichtungsfehler am Metallteil: Galvanik, Lack und Hartstoffschichten sicher beurteilen

Eine Zinkschicht, die stellenweise dünner ausfällt als bestellt. Ein Lack, der sich am Kantenradius abhebt. Eine Hartstoffschicht, die sich nach wenigen Einsätzen vom Umformwerkzeug löst. In allen drei Fällen steht dieselbe Frage im Raum: Ist die Schicht so aufgebaut, wie sie sein soll, und wenn nicht, woran liegt es? Handmessgeräte liefern dazu eine Zahl, aber kein Bild. Am Bild hängt die Klärung jedoch spätestens dann, wenn Beschichter, Verarbeiter und Endkunde unterschiedlicher Meinung sind.

Dieser Beitrag richtet sich an Galvanik- und Beschichtungsbetriebe, Werkzeugbeschichter, Lackierereien und die Qualitätssicherung ihrer Kunden in der Metallverarbeitung. Er beschreibt, wie Schichtdicke im Querschliff und von der Oberfläche gemessen wird, wie Haftungsfehler und Korrosion sichtbar und messbar werden und was in einen Prüfbericht gehört, der eine Lieferantenfreigabe trägt.

Wichtige Punkte im Überblick

Zwei Wege liefern zwei Aussagen: Der Querschliff legt den kompletten Lagenaufbau mit Grenzflächen und Einschlüssen offen, die berührungslos gemessene Stufe zwischen beschichtetem und unbeschichtetem Bereich liefert die Dicke am unzerstörten Teil.
Für sehr dünne Schichten hat sich in der Anwendungspraxis die maskierte Referenzstelle etabliert: Vor der Beschichtung wird eine kleine Stelle abgedeckt, danach misst ein 3D Laserscanning-Mikroskop der Modellreihe VK-X die Stufenhöhe flächig und ohne Berührung.
Bei Abplatzern, Blasen und Delamination ist die entscheidende Frage die Trennebene: Der im Schwenk betrachtete Rand zeigt, ob sich die Schicht vom Grundwerkstoff löst oder zwei Lagen sich trennen, und die automatische Flächenmessung beziffert den betroffenen Anteil.
Ob eine alte Schicht vollständig entfernt wurde oder noch Restlack auf der Kontaktfläche liegt, klärt eine optionale Elementanalyse am Digitalmikroskop als schnelles Screening an der im Bild gewählten Stelle.
Die meisten Streitfälle entstehen nicht aus schlechten Schichten, sondern aus unterschiedlichen Messstellen: Verbindlich festgelegte Positionen, gespeicherte Einstellungen und ein Bericht mit Bild und Wert machen die Messung für Lieferant und Wareneingang vergleichbar.

Schichtdicke im Querschliff und Schichtdicke von der Oberfläche: zwei Wege, zwei Aussagen

Der Querschliff ist der klassische Weg. Das beschichtete Teil wird getrennt, eingebettet und poliert, und im Schliffbild liegt der Aufbau offen: jede Lage einzeln, die Grenzflächen, Einschlüsse in der Schicht und die Anbindung an den Grundwerkstoff. Gemessen wird senkrecht zur Grenzfläche an mehreren definierten Punkten, denn eine Schicht ist selten überall gleich dick; an Kanten und in Innenecken weicht sie systematisch ab. Ein Digitalmikroskop der Modellreihe VHX misst die Lagen direkt im Bild und legt Bild und Werte gemeinsam im Bericht ab. Wie aus einem Teil ein auswertbarer Schliff wird, beschreibt der Hauptartikel „Querschliff, Gefüge und Randzone: Metallographie im eigenen Labor auswerten und dokumentieren".

Der zweite Weg führt über die Oberfläche. Wird vor der Beschichtung eine Stelle maskiert oder danach lokal freigelegt, entsteht eine Stufe zwischen beschichtetem und unbeschichtetem Bereich, deren Höhe berührungslos gemessen wird. Das Teil bleibt dabei ganz. Der Schliff beantwortet die Frage nach dem Aufbau, die Stufenmessung die Frage nach der Dicke am unzerstörten Teil. Magnetinduktive und Wirbelstrom-Handgeräte behalten daneben ihren Platz für die schnelle Stichprobe, bei der weder Bild noch Schichtfolge gebraucht werden.

Stufenhöhe und dünne Schichten berührungslos erfassen

Je dünner die Schicht, desto früher erreicht die Messung am Schliff ihre Grenze, weil die Schichtkante im Bild nicht mehr sauber aufzulösen ist. Für diese Fälle ist das 3D Laserscanning-Mikroskop der Modellreihe VK-X das Gerät der Wahl. Es erfasst feine Stufen und sehr dünne Schichten an Mustern flächig und ohne Berührung, etwa die Stufe an einer maskierten Referenzkante, den Abtrag nach einem Polier- oder Ätzschritt oder den Auftrag auf einem mitlaufenden Probeblech.

In der Anwendungspraxis hat sich ein einfaches Vorgehen etabliert: Vor der Beschichtung wird eine kleine Referenzstelle abgedeckt, nach der Beschichtung wird die Stufe an genau dieser Stelle gemessen. So entsteht der Dickenwert am realen Teil oder am Muster aus demselben Bad, ohne Trennschnitt und ohne Wartezeit. Ob das Vorgehen für eine konkrete Schicht trägt, gehört in einen Machbarkeitstest mit eigenen Proben, denn stark spiegelnde, raue und teildurchsichtige Lagen verhalten sich optisch unterschiedlich.

Abplatzer, Blasen und Delamination: Haftungsfehler sichtbar und messbar machen

Haftungsfehler zeigen sich selten flächig, sondern an einzelnen Stellen: ein Abplatzer an der Kante, Blasen nach dem Einbrennen, eine Delamination, die erst beim Umformen aufreißt. Für die Ursachenklärung reicht das bloße Foto nicht, denn die eigentliche Frage lautet, in welcher Ebene die Trennung liegt. Löst sich die Schicht vom Grundwerkstoff, trennen sich zwei Lagen voneinander, oder bricht die Schicht in sich?

Am Digitalmikroskop wird der Rand eines Abplatzers mit durchgehender Schärfe aufgenommen und im Schwenk von der Seite betrachtet; dort liegt der Lagenaufbau offen wie an einer natürlichen Bruchkante. Die 3D-Darstellung macht Blasen als Erhebungen messbar, mit Höhe und Durchmesser statt einem Eindruck. Über die automatische Flächenmessung lässt sich zusätzlich beziffern, welcher Anteil einer Fläche betroffen ist. Aus „stellenweise abgeplatzt" wird so ein dokumentierter Wert, mit dem sich über Ursache und Verantwortung sachlich verhandeln lässt.

Korrosion und Lochfraß am beschichteten Teil dokumentieren

Korrosion ist der häufigste Anlass, bei dem Beschichter und Kunde aneinandergeraten: Weißrost nach der Lagerung, Rotrost an der Kante, Lochfraß unter einer intakt wirkenden Deckschicht. Dokumentiert wird zweistufig. Das Übersichtsbild hält Lage und Verteilung der Angriffsstellen am Teil fest, die Detailaufnahme zeigt die einzelne Stelle mit Maßstab. Mit einem Profilschnitt durch die 3D-Aufnahme wird die Tiefe eines Lochfraßangriffs gemessen statt geschätzt, und an größeren Flächen übernimmt ein 3D-Profilometer der Modellreihe VR-6000 die flächige Erfassung. Bei Auslagerungs- und Korrosionsprüfungen hat sich in dokumentierten Anwendungen der Vorher-Nachher-Vergleich an denselben, im Bericht festgehaltenen Positionen bewährt. Wie sich Tiefen von Fehlstellen auch am unbeschichteten Teil messen lassen, zeigt der Beitrag „Bruchflächen, Risse, Grat und Werkzeugverschleiß: Schadensursachen belegen und Reklamationen abwehren".

Beschichtet gegen unbeschichtet: Rauheit der Schicht mitbeurteilen

Dass Kunden Schichtdicke und Rauheit aus einer Hand verlangen, hat einen praktischen Grund: Die Schicht verändert die Oberfläche. Eine Galvanikschicht kann Strukturen einebnen oder aufbauen, der Strahlprozess vor dem Beschichten bestimmt die Haftung mit, und eine Deckschicht, die zu rau ausfällt, fällt beim Kunden zuerst optisch auf. Gemessen wird deshalb an derselben Position vor und nach der Beschichtung oder am beschichteten Teil gegen die unbeschichtete Referenz, flächig und berührungslos, damit die Prüfung auf der empfindlichen Deckschicht selbst keine Spur hinterlässt. Wie die berührungslose Rauheitsmessung im Einzelnen funktioniert und wo ihre Grenzen liegen, beschreibt der Beitrag „Rauheit berührungslos messen: gefräste, geschliffene und gestrahlte Flächen ohne Tastschnitt prüfen".

Wurde die Schicht wirklich entfernt? Elementanalyse als schnelle Kontrolle

Manche Frage an die Beschichtung ist keine Dickenfrage, sondern eine Ja-Nein-Frage. Wurde die alte Schicht vor der Neubeschichtung vollständig entfernt? Ist die Abdeckung sauber geblieben, oder liegt auf der vermeintlich blanken Kontaktfläche noch Lack? Was ist die helle Ablagerung auf der Zinkschicht?

Für solche Fälle gibt es die optionale Elementanalyse am Digitalmikroskop. Die fragliche Stelle wird im Bild ausgewählt und direkt am Gerät auf die enthaltenen Elemente untersucht. Zeigt die Messung dort noch die Elemente der alten Schicht, ist die Frage beantwortet, ohne dass eine Probe das Haus verlässt. Die Grenzen gehören dazu: Es handelt sich um ein Screening, das die Untersuchung am Rasterelektronenmikroskop mit EDX nicht ersetzt. Für die abgesicherte Bestimmung einer Legierung oder Stahlsorte reicht es nicht aus, ähnlich zusammengesetzte Stähle lassen sich nicht in jedem Fall sicher unterscheiden, organische Rückstände liefern nur ihre leichten Elemente, und eine Aussage zur Härte entsteht nicht. Für Fügeflächen behandelt der Beitrag „Schweißnaht, Lötstelle, Crimp und Kleberaupe: Fügestellen mikroskopisch prüfen und Einbrandtiefe messen" denselben Fall aus Sicht der Verbindung.

Lieferantenfreigabe und Wareneingang: was in den Prüfbericht gehört

Ein Schichtdickenwert allein trägt keine Freigabe. Bewährt hat sich in realen Projekten ein Bericht mit vier Bestandteilen: die Messwerte mit ihren Positionen am Teil, Übersichts- und Detailbild mit Maßstab, die gespeicherten Mess- und Auswerteeinstellungen und der Bezug auf Auftrag oder Charge. Gespeicherte Einstellungen sorgen dafür, dass Wareneingang und Lieferant an denselben Stellen mit derselben Methode messen, denn die meisten Streitfälle entstehen nicht aus schlechten Schichten, sondern aus unterschiedlichen Messstellen.

Vor der Beschaffung sollten Sie die Machbarkeit an eigenen Teilen prüfen: der eigene Schichtaufbau im Schliff, die eigene Stufenmessung, die eigenen Problemfälle. Eine glatte Referenzprobe sagt wenig über beschichtete Kanten, gestrahlte Untergründe und die Deckschicht, über die zuletzt reklamiert wurde.

Häufige Fragen

F Wie wird Schichtdicke im Querschliff gemessen?

Das Teil wird getrennt, eingebettet, poliert und bei Bedarf geätzt, damit die Schichtgrenzen sichtbar werden. Gemessen wird senkrecht zur Grenzfläche an mehreren definierten Punkten je Lage, weil die Dicke an Kanten und in Innenecken systematisch abweicht. Bild und Messwerte werden gemeinsam abgelegt, damit die Messung später nachvollziehbar bleibt.

F Kann man Schichtdicke ohne Querschliff messen?

Ja, wenn sich eine Stufe zwischen beschichtetem und unbeschichtetem Bereich erzeugen lässt, etwa durch Maskieren vor der Beschichtung oder lokales Freilegen danach. Die Stufenhöhe wird berührungslos gemessen, das Teil bleibt ganz. Der Schliff bleibt der Weg der Wahl, wenn der komplette Lagenaufbau oder die Grenzfläche selbst beurteilt werden muss.

F Warum sollten Schichtdicke und Rauheit zusammen gemessen werden?

Weil die Schicht die Oberfläche verändert und beide Größen dieselbe Funktion betreffen, etwa Dichtheit, Optik oder Verschleißverhalten. Aus derselben berührungslosen Aufnahme lassen sich an Mustern Stufenhöhe und flächige Rauheitskenngrößen auswerten, sodass Beschichter und Kunde über einen einzigen Datensatz sprechen statt über zwei Geräte mit zwei Ergebnissen.

F Erkennt die Elementanalyse am Digitalmikroskop, welche Beschichtung vorliegt?

Sie zeigt als Screening die enthaltenen Elemente an einer im Bild gewählten Stelle und beantwortet damit Fragen wie: Ist noch Restlack vorhanden, wurde die Zinkschicht entfernt, was liegt auf der Oberfläche auf? Eine sichere Bestimmung von Legierungen oder Stahlsorten leistet sie nicht, und sie ersetzt keine Analyse am Rasterelektronenmikroskop mit EDX.

F Was hilft bei Streit über Schichtdickenwerte zwischen Lieferant und Kunde?

Die häufigste Ursache sind unterschiedliche Messstellen und Methoden. Bewährt hat sich, die Messpositionen am Teil verbindlich festzulegen, die Auswerteeinstellungen zu speichern und Bild und Wert gemeinsam zu übergeben. Wenn beide Seiten an denselben Stellen nach demselben Ablauf messen, bleibt vom Streit meist nur eine klärbare Sachfrage übrig.

Weiterführende Artikel

Übergeordnete Themenseite: Automatisierung und Qualitätssicherung in der Metallverarbeitung: Der Überblick für QS- und Fertigungsleiter

Hauptartikel zum Thema: Querschliff, Gefüge und Randzone: Metallographie im eigenen Labor auswerten und dokumentieren

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