EP2087345A2 - Verfahren zur bewertung von mechanischen prüfungen einer beschichtung - Google Patents

Verfahren zur bewertung von mechanischen prüfungen einer beschichtung

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Publication number
EP2087345A2
EP2087345A2 EP07820125A EP07820125A EP2087345A2 EP 2087345 A2 EP2087345 A2 EP 2087345A2 EP 07820125 A EP07820125 A EP 07820125A EP 07820125 A EP07820125 A EP 07820125A EP 2087345 A2 EP2087345 A2 EP 2087345A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
coating
substrate
mechanical stress
infrared image
infrared
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07820125A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Brinz
Jane Lewis
Markus Tiefenbacher
Thomas Geiger
Tobias Burk
Eva Wagner
Sebastian Koltzenburg
Wolfgang Schrof
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
BASF SE
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by BASF SE, Robert Bosch GmbH filed Critical BASF SE
Publication of EP2087345A2 publication Critical patent/EP2087345A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G01N25/72—Investigating presence of flaws

Definitions

  • the invention relates to a method for evaluating mechanical tests on a coating on a substrate.
  • coatings are e.g. Paints on different surfaces such as e.g. Metals, plastics, glass, wood, etc.
  • the tested mechanical properties are e.g. Liability, elasticity, hardness, scratch resistance or stone chip resistance of the paint.
  • the characterization of many test methods by the visual assessment of damage, which takes place by a defined, mechanical load. For example, the adhesion of a paint is usually tested with a cross-cut test. The evaluation is usually done by the visual inspection and classification by the examiner.
  • the evaluation is carried out by the examiner, which means that the methods are rather empirical methods.
  • the evaluation depends on clear color differences. Evaluations of glossy or matt clearcoats on glossy or matt metal substrates are limited by the small color differences. A coloration of the clearcoat by admixture of fluorescent dyes or other dyestuffs.
  • fluorescent dyes or other dyestuffs For visualization can change by interaction with the paint or a component of the paint, such as the initiator, the curing and / or the other paint properties.
  • solubility effects due to precipitation of the dye during the polymerization and associated effects on the structure of the paint layer must be taken into account.
  • a coating often performs several tests, the results could be changed by the addition of the dye.
  • the method according to the invention for evaluating mechanical tests of a coating on a substrate comprises the following steps:
  • step (b) isothermal clamping of the substrate with the coating and taking an infrared image of the area in which the mechanical stress is applied to the coating in step (a),
  • the infrared recording measures the infrared emission at a constant temperature. Due to the different emissivities of different materials different signals are recorded when measuring the infrared intensity. At the points where the paint has peeled off in the mechanical test, the emission intensity of the substrate is measured, for coatings that adhere to the substrate, the emission of the coating is measured. Advantage of the method is thus that no empirical estimation must be made due to the different emission properties. In addition, it is also possible to automatically test the properties of clearcoats.
  • the mechanical stress is impressed, for example, in the form of an elasticity test or a bonding test of the coating.
  • the imprinting of the load takes place according to the known methods, as currently used and empirically evaluated. the.
  • the mechanical stress in step (a) can be impressed on the coating, for example by cutting, impact, impact, tension or pressure.
  • the mechanical stress imparted in step (a) is e.g. a cross-cut, a penetration recess or a Erichsentiefung. Furthermore, the mechanical stress can also be applied by a falling ball or by bending the substrate provided with the coating around a mandrel, wherein the coating is arranged on the side of the substrate facing away from the mandrel.
  • parallel side-by-side cuts are made in the coating which are rotated 90 ° to the first cuts.
  • six adjacent cuts are generally introduced.
  • the distance between two parallel cuts is in each case the same size, so that by cutting into the paint 25 squares arise.
  • the treated surfaces are brushed off or removed with adhesive tape.
  • the quality of the adhesion of the coating is determined by the amount of coating material that flakes off due to penetration of the cuts and is removed by scrubbing or peeling off with adhesive tape.
  • a specimen generally a hardened, polished steel ball with a diameter of 20 mm at a uniform feed rate of about 0.2 mm / sec. pressed into the back of the substrate.
  • the back side of the substrate is the side of the substrate which lies opposite the coating. The advancing movement of the specimen is stopped as soon as the first crack occurs in the surface of the coating.
  • the imposition of the mechanical stress on the coating in step (a) and the establishment of the infrared image in step (b) take place simultaneously.
  • the infrared absorption is preferably an infrared film which is produced continuously during the application of the mechanical load.
  • the simultaneous application of the mechanical stress to the coating and the creation of the infrared image is preferred performed on all mechanical tests where a change in the coating must be detected during the test.
  • step (a) In the case of mechanical tests in which an evaluation of the coating is carried out only after mechanical stress has been completed, it is sufficient that the mechanical stress is first impressed in step (a) and then the infrared image is taken in step (b).
  • the methods in which the optical assessment is made only after the application of the mechanical stress are e.g. the mechanical tests used to check the adhesion of the coating to the substrate.
  • the evaluation of the infrared image is performed by an electronic image processing system.
  • the advantage of the evaluation by an electronic image processing system is that subjective impressions of the examiner are not taken into account in the evaluation. An objective evaluation of the test is possible.
  • Another advantage of the evaluation by an electronic image processing system is that the method according to the invention is suitable for a series test in which a large number of coatings are automatically tested.
  • a mechanical load is applied to a coating. Due to the mechanical stress, a substrate on which the coating is applied can be at least partially exposed by detachment of the coating. However, it is also possible that under defined conditions under which the load is imposed, no damage to the coating takes place. This is possible, for example, with paints of high quality.
  • a coating is, for example, a coloring lacquer or a clear lacquer, which is applied to the substrate.
  • the coating can also be a plastic layer, a ceramic layer or a powder coating, which is applied to the substrate. In addition, it is also possible that the coating is a film which is adhered to the square.
  • the coating can also be a vapor-deposited or electrochemically deposited layer if the infrared emission is different from the substrate.
  • a layer is, for example, a phosphating, as it is carried out for rust prevention in metallic surfaces, or a metal coating on a plastic substrate.
  • the substrate is preferably a plate.
  • the material of the substrate is e.g. a metal, a plastic, glass or ceramic. There is no limitation of the materials for the substrate. It is only necessary to ensure that the emission properties for infrared light from coating and substrate are different.
  • a second step S2 the substrate is clamped isothermally with the coating formed thereon.
  • the isothermal clamping avoids that different regions of the substrate with the coating formed thereon, which in each case have different temperatures, emit the infrared radiation differently and thus errors in the image evaluation are made.
  • isothermal clamping is understood to mean that both the holder for clamping and the substrate and the coating as well as the surrounding air have a substantially identical temperature. Essentially the same temperature means here that the temperature difference is not greater than 1 K.
  • step Sl and step S2 i. first clamp the substrate with the coating and then apply the mechanical stress to the coating.
  • a third step S3 an infrared image of the area is created in which the mechanical stress has been impressed on the coating in step Sl. Due to the different emissivities for infrared radiation of different materials The areas in which no coating material is left on the substrate can be detected on the infrared image.
  • step S3 Since the emission properties for infrared radiation of a material differ depending on the temperature, it is necessary that the infrared image is formed in step S3 under isothermal conditions. With temperature differences in the coating or in the substrate, it would otherwise be possible to interpret warmer or colder areas as areas in which there is no longer any coating on the substrate, although the coating in this area is in order. On the other hand, it would of course also be possible that the area with a different temperature in the infrared image gives the impression that at this point the coating is in order, even though there is no longer any coating on the substrate.
  • the substrate has only a small thickness, since then sets a homogeneous temperature distribution in the substrate faster.
  • the substrate with the coating In order to avoid already being affected by the handling of the substrate with the coating when applying the mechanical stress temperature differences, it is preferred to first clamp the substrate with the coating and then exert the mechanical stress on the substrate. This is e.g. avoided that the substrate is heated by holding by the examiner at the points where the examiner contacts the substrate.
  • the acquisition of the infrared image in step S3 can take place simultaneously with the imposition of the mechanical load in step S1 or only after the imposition of the load in step S1.
  • the creation of the infrared image takes place only after the imprinting of the load. This is possible if changes in the coating occur due to the application of the load, but it is not necessary to record the time of the changes.
  • the creation of the infrared image in step S3 after imposing the mechanical stress is possible, for example, when carrying out a cross-hatch to check the adhesion of the coating, a mandrel bending test to determine the bending elasticity or also a ball impact test to determine the impact and impact elasticity.
  • the substrate with the coating formed thereon is bent around a conically shaped mandrel. Subsequently, the diameter is determined at which the coating has cracks or peels off.
  • a ball is dropped onto the coating. The ball is dropped onto the coating from different drop heights until the first signs of cracking or detachment are visible in the coating. It is thus possible to drop the ball first, then to create an infrared image and to repeat this so often until a crack or a detachment of the coating can be detected on the infrared image.
  • a test is e.g. an Erichsentiefung for testing the flexural elasticity of the coating.
  • Erichsentiefung is e.g. by means of a plunger, a hardened, polished steel ball with a diameter of 20 mm as long as at a uniform feed rate of about 0.2 mm / sec. pressed into the back of the substrate formed as a sample plate until a first crack in the coating shows.
  • the distance traveled by the pestle is read as the depth value. For this reason, it is important to know exactly when the first crack occurs in the coating. Therefore, it is necessary to make an infrared photograph of the area of the coating at short intervals, which is loaded by the Erichsentiefung while the test is performed. Most preferably, the infrared images are taken in such a short distance that an infrared film is produced.
  • step S4 After creating the infrared image, it is evaluated in step S4.
  • the evaluation is preferably carried out substantially simultaneously with the creation of the recording.
  • the evaluation of the infrared image in step S4 can be carried out optically by an examiner or automated by an image processing system.
  • Advantage of the image processing system is that the evaluation is objective. A subjective influence of the examiner is excluded.
  • any image processing system known to those skilled in the art can be used. It is only necessary that color differences are detected by the image processing system.
  • the image analysis of the infrared image can be done either as a color image, wherein the recording is preferably decomposed into the individual color channels or it will evaluate the gray value images.
  • the result is the percentage of area in% that the coating has exfoliated.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bewertung von mechanischen Prüfungen einer Beschichtung auf einem Substrat, bei welchem in einem ersten Schritt (S1) eine mechanische Belastung auf die Beschichtung aufgeprägt wird, in einem zweiten Schritt (S2) das Substrat mit der Beschichtung isotherm eingespannt wird in einem dritten Schritt (S3) eine Infrarotaufnahme des Bereiches, in dem die mechanische Belastung auf die Beschichtung im ersten Schritt (S1) aufgeprägt wird, erstellt wird und in einem vierten Schritt (S4) die Infrarotaufnahme ausgewertet wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zur Bewertung von mechanischen Prüfungen einer Beschichtung
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bewertung von mechanischen Prüfungen an einer Beschichtung auf einem Substrat.
Um die Qualität von Beschichtungen zu bestimmen, werden verschiedene Eigenschaften der Beschichtungen geprüft. Derartige Beschichtungen sind z.B. Lacke auf unterschiedlichen Oberflächen wie z.B. Metallen, Kunststoffen, Glas, Holz usw. Die geprüften mechanischen Eigenschaften sind z.B. Haftung, Elastizität, Härte, Kratzfestigkeit oder auch Steinschlagfestigkeit des Lackes. Im allgemeinen erfolgt die Charakterisierung vieler Prüfungs- methoden durch die optische Beurteilung von Schädigungen, die durch eine definierte, mechanische Belastung erfolgt. So wird z.B. die Haftung eines Lackes üblicherweise mit einer Gitterschnitt-Prüfung geprüft. Die Auswertung erfolgt hierbei in der Regel durch die visuelle Betrachtung und Einteilung durch den Prüfer.
Bei Klarlacken ist der Unterschied zum Substrat sehr klein, so dass selbst eine visuelle Bewertung durch den Prüfer sehr schwer ist. Für diese Fälle ist aus US-A 2004/0149026 bekannt, dem Klarlack einen Fluoreszenzfarbstoff beizumischen, so dass fluoreszierende und nicht fluoreszierende Flächen unterschieden werden können. Nachteil der Beimischung eines Fluoreszenzfarbstoffes ist jedoch, dass die Eigenschaften des Lackes durch die Beimischung möglicherweise verändert werden.
Bei den anderen derzeit bekannten Verfahren zur Bestimmung der mechanischen Eigenschaften erfolgt die Auswertung durch den Prüfer, wodurch es sich bei den Verfahren um eher empirische Verfahren handelt. Die Auswertung ist auf deutliche Farbunterschiede angewiesen. Bewertungen von glänzenden oder matten Klarlacken auf glänzenden oder matten Metallsubstraten sind durch die geringen Farbunterschiede begrenzt. Eine Einfär- bung des Klarlacks durch Beimischung von Fluoreszenzfarbstoffen oder anderen Farbstof- fen zur Sichtbarmachung kann durch Wechselwirkung mit dem Lack oder einer Komponente des Lackes, z.B. dem Initiator, die Aushärtung und/oder auch die übrigen Lackeigenschaften verändern. Zudem müssen Löslichkeitseffekte durch Ausfallen des Farbstoffes während der Polymerisation und damit verbundene Effekte auf die Struktur der Lack- schicht beachtet werden. Zudem werden mit einer Beschichtung häufig mehrere Prüfungen durchgeführt, wobei die Ergebnisse durch die Beimischung des Farbstoffes verändert werden könnten.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bewertung von mechanischen Prüfungen einer Beschichtung auf einem Substrat umfasst folgende Schritte:
(a) Aufprägen einer mechanischen Belastung auf die Beschichtung,
(b) isothermes Einspannen des Substrats mit der Beschichtung und Erstellen einer Infrarotaufnahme des Bereichs, in dem die mechanische Belastung auf die Be- Schichtung in Schritt (a) aufgeprägt wird,
(c) Auswertung der Infrarotaufnahme.
Durch die Infrarotaufnahme wird die Infrarotemission bei einer konstanten Temperatur gemessen. Durch die unterschiedlichen Emissionsgrade von unterschiedlichen Materialien werden bei der Messung der Infrarotintensität unterschiedliche Signale aufgenommen. An den Stellen, an denen sich der Lack bei der mechanischen Prüfung abgelöst hat, wird die Emissionsintensität des Substrats gemessen, bei Beschichtungen, die am Substrat anhaften, wird die Emission der Beschichtung gemessen. Vorteil des Verfahrens ist somit, dass aufgrund der unterschiedlichen Emissionseigenschaften kein empirisches Abschätzen mehr erfolgen muss. Zudem ist es auch möglich, die Eigenschaften von Klarlacken auch automatisiert zu prüfen.
Die mechanische Belastung wird z.B. in Form einer Elastizitätsprüfung oder einer Haf- tungsprüfung der Beschichtung aufgeprägt. Das Aufprägen der Belastung erfolgt dabei nach den bekannten Verfahren, wie sie derzeit eingesetzt und empirisch ausgewertet wer- den. Die mechanische Belastung im Schritt (a) kann dabei z.B. durch Schneiden, Stoß, Schlag, Zug oder Druck auf die Beschichtung aufgeprägt werden.
Die mechanische Belastung, die in Schritt (a) aufgeprägt wird, ist z.B. ein Gitterschnitt, eine Eindringtiefung oder eine Erichsentiefung. Weiterhin kann die mechanische Belastung auch durch eine fallende Kugel oder durch Biegen des mit der Beschichtung versehenen Substrats um einen Dorn, wobei die Beschichtung auf der dem Dorn abgewandten Seite des Substrats angeordnet ist, aufgebracht werden.
Bei der Gitterschnitt-Prüfung werden zunächst mehrere parallel liegende Schnitte in der Beschichtung ausgeführt. Die Schnitte werden dabei so tief durchgeführt, dass diese bis auf das Substrat reichen. Im allgemeinen werden sechs nebeneinander liegende Schnitte durchgeführt.
Als nächstes werden nebeneinander liegende parallele Schnitte in die Beschichtung eingebracht, die zu den ersten Schnitten um 90° verdreht sind. Auch hierbei werden im allgemeinen sechs nebeneinander liegende Schnitte eingebracht. Der Abstand zwischen zwei parallelen Schnitten ist dabei jeweils gleich groß, so dass durch das Einschneiden in den Lack 25 Quadrate entstehen. Nach dem Anbringen der Schnitte werden die behandel- ten Oberflächen abgebürstet oder mit einem Klebeband abgezogen. Die Qualität der Haftung der Beschichtung ergibt sich dadurch, wie groß der Anteil an Beschichtungsmaterial ist, das durch das Eindringen der Schnitte abplatzt und durch das Abbürsten oder das Abziehen mit Klebeband entfernt wird.
Bei einer Erichsentiefung wird zunächst ein Probenkörper, im allgemeinen eine gehärtete, polierte Stahlkugel mit einem Durchmesser von 20 mm mit gleichmäßiger Vorschubgeschwindigkeit von ca. 0,2 mm/sec. in die Rückseite des Substrats gedrückt. Als Rückseite des Substrats wird dabei die Seite des Substrats bezeichnet, die der Beschichtung gegenüber liegt. Die Vorschubbewegung des Probenkörpers wird beendet, sobald der erste Riss in der Oberfläche der Beschichtung auftritt.
Um das erste Auftreten eines Risses in der Beschichtung zu erkennen, ist es bevorzugt, dass das Aufprägen der mechanischen Belastung auf die Beschichtung in Schritt (a) und das Erstellen der Infrarotaufnahme in Schritt (b) gleichzeitig erfolgt. Die Infrarotaufnahme ist hierbei vorzugsweise ein Infrarotfilm, der kontinuierlich während des Aufprägens der mechanischen Belastung erstellt wird. Das gleichzeitige Aufprägen der mechanischen Belastung auf die Beschichtung und das Erstellen der Infrarotaufnahme wird vorzugsweise bei allen mechanischen Prüfungen durchgeführt, bei denen während der Prüfung eine Veränderung in der Beschichtung erkannt werden muss.
Bei mechanischen Prüfungen, bei denen eine Beurteilung der Beschichtung erst nach ab- geschlossener mechanischer Belastung durchgeführt wird, ist es ausreichend, dass erst die mechanische Belastung in Schritt (a) aufgeprägt wird und anschließend die Infrarotaufnahme in Schritt (b) erstellt wird. Die Verfahren, bei denen die optische Beurteilung erst nach dem Aufprägen der mechanischen Belastung erfolgt, sind z.B. die mechanischen Prüfungen, mit denen die Haftung der Beschichtung auf dem Substrat geprüft wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Auswertung der Infrarotaufnahme durch ein elektronisches Bildverarbeitungssystem. Der Vorteil der Auswertung durch ein elektronisches Bildverarbeitungssystem ist, dass subjektive Eindrücke des Prüfers nicht bei der Auswertung berücksichtigt werden. Eine objektive Auswertung der Prüfung ist möglich. Ein weiterer Vorteil der Auswertung durch ein elektronisches Bildverarbeitungssystem ist, dass sich das erfindungsgemäße Verfahren für eine Reihenprüfung eignet, bei der automatisiert eine große Anzahl von Beschichtungen geprüft wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in der Zeichnung in Form eines Blockschaltbilds schematisch vereinfacht wiedergegeben und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Die einzige Figur der Zeichnung zeigt ein stark verkürztes Ablaufschema des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels:
In einem in der Figur dargestellten ersten Schritt Sl wird eine mechanische Belastung auf eine Beschichtung aufgeprägt. Durch die mechanische Belastung kann dabei ein Substrat, auf welchem die Beschichtung aufgebracht ist, zumindest teilweise durch Ablösen der Beschichtung freigelegt werden. Es ist jedoch auch möglich, dass unter definierten Bedingungen, unter denen die Belastung aufgeprägt wird, keine Schädigung der Beschichtung erfolgt. Dies ist zum Beispiel bei Lacken von hoher Qualität möglich. Eine Beschichtung ist z.B. ein farbgebender Lack oder ein Klarlack, welcher auf das Substrat aufgetragen wird. Die Beschichtung kann weiterhin auch eine Kunststoffschicht, eine Keramikschicht oder eine Pulverbeschichtung sein, die auf das Substrat aufgetragen wird. Zudem ist es auch möglich, dass die Beschichtung eine Folie ist, welche auf das Quadrat aufgeklebt wird. Weiterhin kann die Beschichtung auch eine aufgedampfte oder elektrochemisch abgeschiedene Schicht sein, wenn die Infrarotemission unterschiedlich zum Substrat ist. Eine solche Schicht ist zum Beispiel eine Phosphatierung, wie sie zum Rostschutz bei metallischen Oberflächen durchgeführt wird, oder eine Metallbeschichtung auf einem Substrat aus Kunststoff.
Das Substrat ist vorzugsweise eine Platte. Das Material des Substrats ist z.B. ein Metall, ein Kunststoff, Glas oder Keramik. Eine Beschränkung der Materialien für das Substrat gibt es nicht. Es ist lediglich darauf zu achten, dass die Emissionseigenschaften für Infrarotlicht von Beschichtung und Substrat unterschiedlich sind.
In einem zweiten Schritt S2 wird das Substrat mit der darauf ausgebildeten Beschichtung isotherm eingespannt. Durch das isotherme Einspannen wird vermieden, dass verschiedene Bereiche des Substrates mit der darauf ausgebildeten Beschichtung, die jeweils unterschiedliche Temperaturen aufweisen, die Infrarotstrahlung unterschiedlich emittieren und hierdurch Fehler in der Bildauswertung gemacht werden.
Als isothermes Einspannen im Sinne der vorliegenden Erfindung wird verstanden, dass sowohl die Halterung zum Einspannen als auch das Substrat und die Beschichtung sowie die umgebende Luft eine im Wesentlichen gleiche Temperatur aufweisen. Im Wesentli- chen gleiche Temperatur bedeutet hierbei, dass der Temperaturunterschied nicht größer als 1 K ist.
Neben der in Figur 1 dargestellten Reihenfolge, bei der zunächst die mechanische Belastung auf die Beschichtung aufgebracht wird und anschließend das Substrat eingespannt wird, ist es auch möglich, Schritt Sl und Schritt S2 zu vertauschen, d.h. zunächst das Substrat mit der Beschichtung einzuspannen und danach die mechanische Belastung auf die Beschichtung aufzuprägen.
In einem dritten Schritt S3 wird eine Infrarotaufnahme des Bereichs erstellt, in dem die mechanische Belastung auf die Beschichtung im Schritt Sl aufgeprägt worden ist. Durch die unterschiedlichen Emissionsgrade für Infrarotstrahlung von unterschiedlichen Materia- len lassen sich auf der Infrarotaufnahme die Bereiche erkennen, an denen sich kein Be- schichtungsmaterial mehr auf dem Substrat befindet.
Da sich die Emissionseigenschaften für Infrarotstrahlung eines Materials abhängig von der Temperatur unterscheiden, ist es notwendig, dass die Infrarotaufnahme in Schritt S3 unter isothermen Bedingungen erstellt wird. Bei Temperaturunterschieden in der Beschichtung oder im Substrat wäre es sonst möglich, dass wärmere oder kältere Bereiche als Bereiche gedeutet werden, in denen sich keine Beschichtung mehr auf dem Substrat befindet, obwohl die Beschichtung in diesem Bereich in Ordnung ist. Andererseits wäre es selbstver- ständlich auch möglich, dass der Bereich mit einer anderen Temperatur in der Infrarotaufnahme den Eindruck erweckt, dass an dieser Stelle die Beschichtung in Ordnung sei, obwohl sich keine Beschichtung mehr auf dem Substrat befindet.
Um isotherme Bedingungen für die Infrarotaufnahme zu erreichen, ist es z.B. möglich, vor dem Erstellen der Infrarotaufnahme zu warten, bis sich gegebenenfalls im Substrat oder in der Beschichtung auftretende Temperaturunterschiede ausgeglichen haben. Es ist bevorzugt, dass das Substrat nur eine geringe Dicke aufweist, da sich dann schneller eine homogene Temperaturverteilung im Substrat einstellt.
Um bereits zu vermeiden, dass durch das Handhaben des Substrats mit der Beschichtung beim Aufbringen der mechanischen Belastung Temperaturunterschiede aufgeprägt werden, ist es bevorzugt, das Substrat mit der Beschichtung zuerst einzuspannen und danach die mechanische Belastung auf das Substrat auszuüben. Hierdurch wird z.B. vermieden, dass das Substrat durch Festhalten vom Prüfer an den Stellen, an denen der Prüfer das Substrat kontaktiert, erwärmt wird.
Das Erstellen der Infrarotaufnahme in Schritt S3 kann gleichzeitig mit dem Aufprägen der mechanischen Belastung in Schritt Sl oder erst nach dem Aufprägen der Belastung in Schritt Sl erfolgen. In der hier dargestellten Ausführungsform erfolgt das Erstellen der Infrarotaufnahme erst nach dem Aufprägen der Belastung. Dies ist dann möglich, wenn durch das Aufprägen der Belastung Veränderungen in der Beschichtung eintreten, jedoch nicht erforderlich ist, den Zeitpunkt der Veränderungen festzuhalten. Das Erstellen der Infrarotaufnahme in Schritt S3 nach dem Aufprägen der mechanischen Belastung ist z.B. möglich bei der Durchführung eines Gitterschnittes zur Prüfung der Haftung der Beschich- tung, einer Dornbiegeprüfung zur Ermittlung der Biegeelastizität oder auch einer Kugelschlagprüfung zur Ermittlung der Stoß- und Schlagelastizität. Bei der Dornbiegeprüfung wird das Substrat mit der darauf ausgebildeten Beschichtung um einen konisch ausgebildeten Dorn gebogen. Anschließend wird der Durchmesser ermittelt, bei dem die Beschichtung Risse aufweist oder abblättert. Bei der Kugelschlagprüfung wird eine Kugel auf die Beschichtung fallengelassen. Die Kugel wird solange aus un- terschiedlichen Fallhöhen auf die Beschichtung fallengelassen, bis erste Riss- oder Ablöseerscheinungen in der Beschichtung sichtbar werden. Es ist also möglich, die Kugel zunächst fallenzulassen, dann eine Infrarotaufnahme zu erstellen und dieses so oft zu wiederholen, bis auf der Infrarotaufnahme ein Riss oder eine Ablösung der Beschichtung erkennbar ist.
Es kann selbstverständlich auch jede weitere mechanische Prüfung durchgeführt werden, bei der die optische Auswertung erst nach der Beanspruchung erfolgt.
Bei Prüfungen der Beschichtung, bei denen eine kontinuierlich zunehmende Beanspru- chung aufgebracht wird, wobei die Prüfung zu beenden ist, sobald erste Riss- oder Ablöseerscheinungen in der Beschichtung auftreten, ist es bevorzugt, dass das Erstellen der Infrarotaufnahme in Schritt S3 und das Aufbringen der mechanischen Belastung in Schritt Sl gleichzeitig erfolgt. Eine derartige Prüfung ist z.B. eine Erichsentiefung zur Prüfung der Biegeelastizität der Beschichtung. Bei der Erichsentiefung wird z.B. mittels eines Stößels eine gehärtete, polierte Stahlkugel mit einem Durchmesser von 20 mm solange mit gleichmäßiger Vorschubgeschwindigkeit von ungefähr 0,2 mm/sec. in die Rückseite des als Probeplatte ausgebildeten Substrats gedrückt, bis sich ein erster Riss in der Beschichtung zeigt. Der zurückgelegte Weg des Stößels wird als Tiefungswert abgelesen. Aus diesem Grund ist es wichtig, genau zu erkennen, zu welchem Zeitpunkt der erste Riss in der Be- Schichtung auftritt. Daher ist es notwendig, jeweils in kurzen Abständen eine Infrarotaufnahme des Bereichs der Beschichtung zu erstellen, die durch die Erichsentiefung belastet wird, während die Prüfung durchgeführt wird. Besonders bevorzugt werden die Infrarotaufnahmen in einem so kurzen Abstand erstellt, dass ein Infrarotfilm erzeugt wird.
Nach dem Erstellen der Infrarotaufnahme wird diese in Schritt S4 ausgewertet. Bei den Prüfungsverfahren, bei denen die Infrarotaufnahme erst nach der Durchführung der mechanischen Belastung erstellt wird, ist es bevorzugt, erst die Infrarotaufnahme zu erstellen und diese anschließend auszuwerten. Bei den Prüfungsverfahren, die es erforderlich machen, dass die Infrarotaufnahme gleichzeitig mit der mechanischen Belastung erstellt wird, erfolgt auch die Auswertung vorzugsweise im Wesentlichen gleichzeitig mit der Erstellung der Aufnahme. Die Auswertung der Infrarotaufnahme in Schritt S4 kann dabei optisch von einem Prüfer erfolgen oder automatisiert durch ein Bildverarbeitungssystem. Bevorzugt wird die Auswertung der Infrarotaufnahme durch ein Bildverarbeitungssystem durchgeführt. Vorteil des Bild Verarbeitungssystems ist, dass die Auswertung objektiv erfolgt. Ein subjektiver Einfluss des Prüfers wird ausgeschlossen. Zur Auswertung mit einem Bildverarbeitungssystem kann jedes beliebige, dem Fachmann bekannte Bild Verarbeitungssystem eingesetzt werden. Es ist lediglich erforderlich, dass durch das Bild Verarbeitungssystem Farbunterschiede erkannt werden. So kann die Bildauswertung der Infrarotaufnahme entweder als Farbbild erfolgen, wobei die Aufnahme vorzugsweise in die einzelnen Farbkanäle zerlegt wird oder es werden die Grauwertbilder ausgewertet.
Zur Auswertung werden zum Beispiel die Flächen, bei denen die Beschichtung sichtbar ist, den Flächen, bei denen das Substrat sichtbar ist, also die Beschichtung abgeblättert ist, gegenübergestellt. Als Ergebnis wird der Anteil der Fläche in % angegeben, in dem die Beschichtung abgeblättert ist.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Bewertung von mechanischen Prüfungen einer Beschichtung auf einem Substrat, folgende Schritte umfassend:
(a) Aufprägen einer mechanischen Belastung auf die Beschichtung,
(b) isothermes Einspannen des Substrates mit der Beschichtung und Erstellen einer Infrarotaufnahme des Bereiches, in dem die mechanische Belastung auf die Beschichtung in Schritt (a) aufgeprägt wird,
(c) Auswertung der Infrarotaufnahme.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Belastung in Form einer Elastizitätsprüfung oder einer Haftungsprüfung der Beschichtung aufgeprägt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Belastung in Schritt (a) durch Schneiden, Stoß, Schlag, Zug oder Druck auf die Beschichtung aufgeprägt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die in Schritt (a) aufgeprägte mechanische Belastung ein Gitterschnitt, eine Eindringtiefung oder eine Erichsentiefung ist oder durch eine fallende Kugel oder Biegen des mit der Beschichtung versehenen Substrates um einen Dorn, wobei die Beschichtung auf der dem Dorn abgewandten Seite des Substrates angeordnet ist, aufgebracht wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufprägen der mechanischen Belastung auf die Beschichtung in Schritt (a) und das Erstellen der Infrarotaufnahme in Schritt (b) gleichzeitig erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Infrarotaufnahme ein Infrarotfilm ist, der kontinuierlich während des Aufprägens der mechanischen Belastung erstellt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass erst die mechanische Belastung in Schritt (a) aufgeprägt wird und anschließend die Infrarotaufnahme in Schritt (b) erstellt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Aus- wertung der Infrarotaufnahme durch ein elektronisches Bildverarbeitungssystem erfolgt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren automatisiert durchgeführt wird.
10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, umfassend Mittel, in denen das Substrat eingespannt wird, um eine mechanische Belastung aufzuprägen, Mittel mit denen die mechanische Belastung aufgeprägt wird und Mittel, in denen das Substrat eingespannt wird, um eine Infrarotaufnahme zu erstellen, sowie eine Infrarotkamera, mit der die Infrarotaufnahme erstellt wird, wobei die Mittel, in denen das Substrat eingespannt wird, um die mechanische Belastung aufzuprägen und die Mittel, in denen das Substrat eingespannt wird, um die Infrarotaufnahme zu erstellen, die gleichen sein können.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung weiterhin eine Auswerteeinheit umfasst, mit der die Infrarotaufnahmen ausgewertet werden können.
EP07820125A 2006-10-31 2007-09-11 Verfahren zur bewertung von mechanischen prüfungen einer beschichtung Withdrawn EP2087345A2 (de)

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PCT/EP2007/059520 WO2008052835A2 (de) 2006-10-31 2007-09-11 Verfahren zur bewertung von mechanischen prüfungen einer beschichtung

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