Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWSSNEAK PEEK: Erste Einblicke in den noch nicht veröffentlichten Jahresbericht 2020/2021
Zerstörungsfreie Schichtprüfung auf Bremsscheiben mit LAwave®
Neue Beschichtungen von Bremsscheiben erfüllen immer komplexere Anforderungen. Um deren Qualität zu prüfen, kommt herkömmlicherweise ein zerstörender metallografischer Anschliff zum Einsatz. Dieser ist teuer, langsam und ressourcenintensiv. Forscher am Fraunhofer IWS haben nun gezeigt, dass eine schnelle und zerstörungsfreie Bewertung auch mit dem LAwave®-Verfahren möglich ist.
»Bremsscheiben für die Fahrzeuge der nächsten Generation müssen verschleißbeständiger sein, damit sie weniger Feinstaub freisetzen«, sagt Stefan Makowski. »Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Korrosionsbeständigkeit, weil in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen wird die mechanische Bremse nur selten betätigt und damit Rost nicht regelmäßig abgetragen wird.« Mit Laserauftragschweißen können verschleiß- und korrosionsbeständige Schichtsysteme aufgebracht werden, die diese hohen Anforderungen erfüllen. Wie beim Schweißen liegt die Herausforderung darin, eine stoffschlüssige Verbindung und einen fehlerarmen Werkstoffauftrag zu gewährleisten. Makowski betont die Vorteile der zerstörungsfreien Schichtprüfung: »Bisher wird ein präparierter Querschnitt durch die Beschichtung unter dem Mikroskop untersucht – eine langwierige und zerstörende Prozedur. Eine Alternative bietet die am Fraunhofer IWS entwickelte LAwave®-Technologie auf Basis der Oberflächenwellen-Spektroskopie.«
Zerstörungsfreie und sekundenschnelle Messung
Die Messung erfolgt zerstörungsfrei und innerhalb weniger Sekunden auf einem kleinen Bereich der Oberfläche. Die gemessene Schallausbreitung ist charakteristisch für die Schicht und das Substrat. Poren, Risse und Bindefehler stören diese und erlauben Rückschlüsse auf die mechanischen Eigenschaften des gesamten Schichtsystems. Die Interpretation der Messdaten erfolgt dann im Vergleich mit einer Referenzprobe. Das Verfahren ist schnell genug, um eine Vielzahl von Messstellen zu prüfen, bei Bedarf auch automatisiert. So lässt sich bei einer Prozessentwicklung zügig eine Vorauswahl für weitere Analysen treffen oder eine engmaschige Qualitätskontrolle durchführen.
Über LAwave®
Das am Fraunhofer IWS entwickelte Messverfahren dient zur zerstörungsfreien Charakterisierung von Schichten und Oberflächen. Es basiert auf akustischen Oberflächenwellen, die durch kurze Laserimpulse angeregt werden. Das Gerät misst die Ausbreitungsgeschwindigkeit der akustischen Wellen in Abhängigkeit von der Frequenz. Das Messergebnis wird als Dispersionskurve bezeichnet, dessen Verlauf vom Elastizitätsmodul, der Dichte und der Dicke der Schicht bestimmt wird. Nach der Messung wird sie mithilfe eines physikalischen Modells gefittet, um die gewünschten Materialparameter zu erhalten.