Die Ultraschallmikroskopie stellt ein neues bildgebendes Verfahren zur zerstörungsfreien Untersuchung von Beschichtungen dar. Ein besonderer Vorteil besteht in der Möglichkeit, Informationen aus dem Inneren einer Probe zu gewinnen. Ziel dieser Arbeit ist die Beurteilung der Ultraschallmikroskopie als Methode zur frühzeitigen Detektion von Alterungserscheinungen in kurzzeitbewitterten Beschichtungen. Damit sollen die Entwicklungszeiten für Beschichtungsprodukte verkürzt werden.
Im Rahmen der Arbeit wurde die Ultraschallmikroskopie mit der Rasterelektronenmikroskopie als etablierte Methode verglichen. Weiters wurden die Auswirkungen zweier unterschiedlicher Bewitterungsverfahren auf die Lackalterung untersucht. Der zeitliche Fortschritt der Lackalterung wurde mit einem besonderen Augenmerk auf Delaminationen als Schädigungsart analysiert. Die Ultraschallmikroskopie stellte sich als geeignete und vielversprechende Methode zur frühzeitigen Erkennung von Schädigungen in Beschichtungen heraus. Dies ermöglicht eine Verkürzung der Bewitterungszyklen verglichen mit klassischen Lackprüfmethoden.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Aufgabenstellung
2 Theoretische Grundlagen
2.1 Lacke
2.1.1 Allgemeines
2.1.2 Einteilung von Beschichtungsstoffen
2.1.3 Aufbau von Beschichtungsstoffen
2.1.4 Bestandteile von Lacken
2.2 Ultraschall
2.2.1 Schallausbreitung und akustische Impedanz
2.2.2 Wellentypen
2.3 Ultraschallmikroskopie
2.3.1 Geschichte
2.3.2 Aufbau und Prinzip
2.3.3 Auflösung
2.3.4 Bildgenerierung
2.3.5 Akustische Impedanz und Reflexionskoeffizient
2.4 Bewitterung
2.4.1 Bestrahlen oder Bewittern
2.4.2 Bewitterung oder Korrosionstest
2.4.3 Lackalterung
2.4.4 Einflussfaktoren
2.4.5 Natürliche Bewitterung (Freibewitterung)
2.4.6 Künstliche Bewitterung
3 Materialien und Methoden
3.1 Bewitterungsmethoden
3.1.1 Salzsprühnebelprüfung
3.1.2 Kondenswasserlagerung
3.1.3 VDA-Wechseltest
3.2 Proben
3.2.1 Probentyp A
3.2.2 Probentyp B
3.2.3 Probentyp C
3.3 Ultraschallmikroskop
3.3.1 Erstellung der akustischen Bilder
3.4 Rasterelektronenmikroskopie
4 Ergebnisse
4.1 Vergleich REM – USM
4.2 Vergleich von zwei Bewitterungsmethoden
4.3 Fortschritt der Lackalterung
4.4 Delaminationen
4.4.1 Probentyp A
4.4.2 Probentyp C
4.4.3 Amplitudenumkehr bei Delamination
5 Diskussion
5.1 Ultraschallmikroskopie als Methode
5.2 Vergleich Ultraschallmikroskopie mit REM
6 Zusammenfassung
Zielsetzung & Themen
Diese Arbeit zielt darauf ab, die Eignung der Ultraschallmikroskopie als zerstörungsfreies Verfahren zur frühzeitigen Erkennung von Alterungserscheinungen und Schädigungen, insbesondere Delaminationen, in organischen Beschichtungen auf Metallsubstraten zu evaluieren, um dadurch die Entwicklungszyklen für Beschichtungsprodukte signifikant zu verkürzen.
- Beurteilung der Ultraschallmikroskopie zur frühzeitigen Schadensdetektion.
- Vergleichende Analyse von Ultraschallmikroskopie und Rasterelektronenmikroskopie.
- Untersuchung der Auswirkungen unterschiedlicher Bewitterungsverfahren auf die Lackalterung.
- Analyse des zeitabhängigen Fortschritts der Lackdegradierung mit Fokus auf Delaminationen.
Auszug aus dem Buch
2.3.2 Aufbau und Prinzip
Die Ultraschallmikroskopie ist ein Verfahren zur zerstörungsfreien Analyse von Materialien, dessen Auflösung mit der eines Lichtmikroskops vergleichbar ist. Informationen können von der Oberfläche und auch vom Inneren einer Probe erhalten werden.
Das Herz eines Ultraschallmikroskops ist das akustische Linsensystem. An einem Ende wird von einem sogenannten Transducer eine Ultraschallwelle erzeugt. Diese bewegt sich durch einen Schall-Leiter mit hoher akustischer Impedanz fort und wird am anderen Ende mit einer Linse in das Kopplungsmedium fokussiert. Das Kopplungsmedium liegt zwischen Linse und der Probe und sorgt für einen hohen Brechungsindex und für einen guten akustischen Kontakt zwischen dem akustischen Leiter und der Probe. Der fokussierte Strahl trifft auf das Objekt und wird zu verschiedenen Teilen reflektiert und gestreut. Ein Teil des Strahls transmittiert durch das Objekt. Wenn die reflektierte Welle detektiert wird, arbeitet das Mikroskop im Reflexionsmodus. Wenn eine zweite Linse unter der Probe angebracht ist, die den transmittierten Anteil aufnimmt, wird der Aufbau Transmissions-Ultraschallmikroskop genannt [17].
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Einführung in die Problematik der Lackalterung und Zielsetzung der Arbeit zur Anwendung der Ultraschallmikroskopie als neues Analyseverfahren.
2 Theoretische Grundlagen: Erläuterung der Grundlagen zu Lacken, Schallphysik, dem Aufbau und Prinzip der Ultraschallmikroskopie sowie den verschiedenen Methoden der Bewitterung.
3 Materialien und Methoden: Beschreibung der verwendeten Bewitterungsverfahren (Salzsprühnebel, Kondenswasser, VDA-Wechseltest), der Probentypen sowie der technischen Spezifikationen der verwendeten Mikroskopie-Systeme.
4 Ergebnisse: Präsentation der Messergebnisse aus dem Vergleich von REM und USM, dem Einfluss verschiedener Bewitterungsmethoden und der Analyse von Delaminationen.
5 Diskussion: Interpretation der erzielten Ergebnisse hinsichtlich der Eignung der Ultraschallmikroskopie als zerstörungsfreie und wirtschaftliche Analysemethode.
6 Zusammenfassung: Abschlussbetrachtung der Validierung der Ultraschallmikroskopie als valides Instrument zur frühzeitigen Detektion von Alterungsprozessen in Beschichtungen.
Schlüsselwörter
Ultraschallmikroskopie, Lackalterung, Kurzzeitbewitterung, Umweltsimulation, Beschichtungen, Delamination, Zerstörungsfreie Prüfung, Rasterelektronenmikroskopie, Transducer, Korrosionsschutz, Akustische Impedanz, Polymerbeschichtungen
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der Evaluierung der Ultraschallmikroskopie als neue, zerstörungsfreie Methode zur frühzeitigen Detektion von Alterungserscheinungen und Schädigungen in organischen Beschichtungen auf Metallen.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die zentralen Themen sind die Lacktechnologie, die Grundlagen der Ultraschallphysik, die verschiedenen Methoden der beschleunigten Bewitterung und die Anwendung bildgebender Verfahren in der Materialanalytik.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Das primäre Ziel ist es, durch den Einsatz der Ultraschallmikroskopie die Entwicklungszeiten für neue Beschichtungsprodukte zu verkürzen, indem Schäden schneller und ohne Zerstörung der Probe erkannt werden.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es wird hauptsächlich die Ultraschallmikroskopie (SAM) eingesetzt und deren Ergebnisse mit der etablierten Rasterelektronenmikroskopie (REM) verglichen.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil behandelt theoretische Grundlagen zu Lacken und Ultraschall, die detaillierte Beschreibung der Bewitterungsmethoden, die Untersuchung verschiedener Probentypen sowie die Diskussion der gewonnenen Messergebnisse.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Schlüsselbegriffe sind Ultraschallmikroskopie, Lackalterung, Kurzzeitbewitterung, Delamination und zerstörungsfreie Materialprüfung.
Warum ist die Ultraschallmikroskopie für die Lackprüfung besonders geeignet?
Sie ermöglicht im Gegensatz zu vielen anderen Verfahren Informationen aus dem Inneren der Beschichtungsschicht zu gewinnen und ist zudem ein zerstörungsfreies Verfahren.
Wie wirkt sich eine Delamination auf das akustische Signal aus?
Bei einer Delamination tritt eine Amplitudenumkehr des reflektierten Signals auf, da der Übergang von einem dichteren zu einem weniger dichten Medium (Luft/Wasser im Spalt) erfolgt, was messtechnisch gut detektierbar ist.
Welche Unterschiede zeigen sich zwischen Salzsprühnebel- und Kondenswasserbewitterung?
Die Ergebnisse zeigen, dass die Salzsprühnebelbelastung bei den untersuchten Proben signifikant stärkere Alterungserscheinungen und Blasenbildung hervorruft als die reine Kondenswasserlagerung.
Ist die Ultraschallmikroskopie wirtschaftlich mit dem REM vergleichbar?
Ja, in Bezug auf die Anschaffungskosten der Geräte bewegen sich beide Technologien in einem ähnlichen Kostenrahmen, wobei die Ultraschallmikroskopie durch ihre zerstörungsfreie Arbeitsweise zusätzliche Vorteile bietet.
- Arbeit zitieren
- MSc Manuel Weiss (Autor:in), 2011, Ultraschallmikroskopie zur frühzeitigen Detektion von Alterungserscheinungen bei kurzzeitbewitterten Korrosionsschutz-Beschichtungen, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/263608
