DIN 50994:2017 – Messung von Schichten – Zerstörungsfreie Leitfähigkeitsmessung metallischer Schichten

DIN 50994:2017 – Messung von Schichten – Zerstörungsfreie Leitfähigkeitsmessung metallischer Schichten
5.2 Abhebeeffekt (Lift-Off-Effekt)
Als eine Besonderheit des phasensensitiven Wirbelstromverfahrens kann der Prüfkopf in bestimmten Bereichen von der Oberfläche der Beschichtung oder des Teils abgehoben werden, ohne dass der Leitfähig- keitsmesswert wesentlich verfälscht wird (siehe Anhang B). Das ermöglicht die berührungsfreie Messung von bewegten Teilen, sehr weichen Beschichtungen oder die Messung von leitfähigen Beschichtungen unter einer nichtleitenden Schicht (z. B. Lackschutzschicht), ohne diese zu entfernen.
Der nutzbare Abhebebereich hängt vom jeweiligen Prüfkopfdesign ab und kann im Bereich von ca. 100 µm bis zu 1 mm liegen. Oft werden vom Hersteller die verbleibenden Abhebefehler durch spezielle Algorithmen weiter reduziert bzw. der Abhebebereich vergrößert (Lift-Off-Kompensation). Die jeweiligen Hersteller- angaben sind zu berücksichtigen. ANMERKUNG In E.3 sind ein einfacher Versuch zur Abschätzung des nutzbaren Abhebebereichs und in Anhang B die Grundlagen zum Verständnis des Abhebeeffektes beschrieben.
5.3 Temperatureinfluss
Die Leitfähigkeit eines Materials ist eine Funktion der Temperatur T. Deshalb wird per Konvention die Leitfähigkeit bei der Bezugstemperatur T = 20 °C angegeben. Weicht die Temperatur T des Überzugs bzw. des Teils von der Bezugstemperatur ab, muss die Leitfähigkeit nach Gleichung (1) auf den Wert bei T = 20 °C umgerechnet werden.
Der Temperaturkoeffizient α des Materials muss dafür bekannt sein. (1) Weicht bei der Kalibrierung die Temperatur T der Leitfähigkeitsnormale (siehe 6.2) vom Bezugswert T = 20 °C ab, müssen die angegebenen Nennwerte der Leitfähigkeitsnormale auf die aktuelle Temperatur T umgerechnet werden, um Kalibrierfehler zu vermeiden.
Meist sind die Messgeräte mit Temperatursensoren ausgestattet, so dass eine automatische Umrechnung der gemessenen Leitfähigkeit auf die Bezugstemperatur möglich ist. Zu beachten ist, dass stets die Temperatur des Überzuges bzw. des Teils gemessen wird (Materialtemperatur) und nicht die Umgebungstemperatur. Die Genauigkeit der Temperaturmessung ist entscheidend für die Richtigkeit des Leitfähigkeitswertes (siehe auch Anhang D für die grundlegenden Leistungsanforderungen an die Leitfähigkeitsmessgeräte).
ANMERKUNG 1 Die erforderlichen Temperaturkoeffizienten verschiedener typischer Materialien sind oft in der Software der Messgeräte hinterlegt, so dass eine einfache Temperaturkorrektur der Leitfähigkeit bereits mit dem Messgerät möglich ist. Die jeweiligen Herstellerangaben sind zu berücksichtigen. ANMERKUNG 2 Zur einfachen Abschätzung des Leitfähigkeitsfehlers bedingt durch Temperaturabweichungen zur Bezugstemperatur gilt bei einem Temperaturkoeffizienten α = 0,04 K −1 (entspricht ungefähr dem Temperatur- koeffizienten von Cu und Al) eine Temperaturabweichung von ΔT = 10 K, dies resultiert in einer relativen Leitfähigkeitsabweichung von Δσ/σ = 4 %.
5.4 Geometrie — Dicke der Beschichtung oder des Teils (Sättigungsdicke) Wenn die Dicke der Beschichtung oder des Teils zu gering ist, dringt das Magnetfeld nicht vollständig in das Material ein. In dieser Situation wird die induzierte Wirbelstromdichte neben der Leitfähigkeit auch durch die Schichtdicke begrenzt. Dieser Einfluss kann nur oberhalb einer bestimmten kritischen Mindestdicke des Überzuges vernachlässigt werden. Diese Mindestdicke wird meist als Sättigungsdicke d sat (f) bezeichnet.
Daher sollte die Dicke der Beschichtung oder des Teils immer größer als diese Sättigungsdicke sein. Die kritische Mindestdicke der Beschichtung bzw. des Teils hängt von der gewählten Frequenz f, der Leitfähigkeit 휎 des Materials und dem Design des Sondensystems (sondentypspezifischer Korrekturfaktor K) ab. Ihr Wert kann durch Gleichung (2) mit Gleichung (3) abgeschätzt werden (siehe Anhang A), oder ist vom Hersteller vorgegeben.