Es gibt viele Gründe für die Durchführung von Topographie-Analysen der Oberflächenstruktur von Stahlblechen in einer Vielzahl von industriellen Fertigungsumgebungen. In der Automobilindustrie muss beispielsweise der Reibungsverschleiß metallischer oder halbmetallischer Bremsbeläge untersucht oder die Schmierung von Motorwellen aus Stahl analysiert werden. Bei der Herstellung von Elektroblechen muss die Kornorientierung in der Nähe der Oberfläche sorgfältig geprüft werden, um den Kernverlust zu minimieren. Dies ist entscheidend für den Wirkungsgrad und die Reduzierung der Brummgeräusche von Elektromotoren und Transformatoren. Bei der Entwicklung der Stahloberflächenbehandlungen und spezieller Oberflächenbeschichtungen in diversen Branchen verlässt man sich ebenfalls auf die Oberflächenanalyse zur Qualitätssicherung.
Die Oberflächentopographie von Stahlblechen ist komplex und kann stark variieren, wobei die Probenflächen oft im Submikrometerbereich gemessen werden. Mit einem Metallurgie-Mikroskop ist dieser Bereich schwer zu untersuchen und eine quantitative Oberflächentiefenanalyse nicht möglich. Das digitale LEXT OLS4100 Laser-Scanning-Mikroskop von Olympus erlaubt eine effektivere Beobachtung und Analyse von Stahlblechproben bei hoher Vergrößerung.
Korrosionsanalyse
Neben den Stahlblechproben, die in industriellen Umgebungen Reibungsverschleiß unterliegen oder deren Leitfähigkeit abnimmt, muss häufig auch der Einfluss von Wetter und Wasser oder anderen Flüssigkeiten auf Stahlproben gemessen werden. In diesen Fällen wird der Korrosionsfortschritt entweder nach der Kombizyklus-Prüfmethode – bei der mit Kombizyklus-Prüfgeräten kontrollierte Salzwasser-, Trocken- oder Nassumgebungen geschaffen werden – oder nach der Freibewitterungsprüfung – bei der eine Stahlprobe mit verschiedenen anderen Stahlblechen im Freien der natürlichen Bewitterung ausgesetzt wird – bei hoher Vergrößerung analysiert.
Um den Korrosionsfortschritt genau zu bewerten, wird die Tiefe zwischen der Oberfläche und dem tiefsten Punkt der Korrosion gemessen, wobei kleinste Korrosionserscheinungen im Submikrometerbereich erfasst werden. Bei Stahlblechen treten vier grundlegende Arten der Korrosion auf:
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Vier Arten der Korrosion bei Stahlblechen
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Geringfügige Korrosion an Stahlblechen lässt sich mit einem Metallurgie-Mikroskop sehr schwer beobachten und analysieren. Das OLS4100 Laser-Scanning-Mikroskop liefert alle Daten, die zur effektiven Messung und Erkennung geringfügiger und umfassender Korrosion in Proben bei einer Vielzahl von Nutzungs- und Expositionsumgebungen erforderlich sind. Die folgenden Stahlblech-Korrosionsbilder wurden mit dem OLS4100 Mikroskop aufgenommen:
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Die topographischen Merkmale geringfügiger Korrosionsspuren werden unter höherer Vergrößerung sichtbar.
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Großflächige Korrosion; oft müssen mehrere Bilder zusammengefügt werden, um die Form eines großen Korrosionsmusters zu erkennen.
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Probenanalyse: Stahlblech-Rauheit
Als ein Automobilunternehmen von seinem Stahlzulieferer die Messung der Flächenrauheit von Stahlblechen mit hoher Auflösung verlangte, war die Antwort das Mikroskop OLS4100, das sowohl eine höhere Auflösung als auch die Fähigkeit bot, die Flächenrauheit genau zu messen. Im Folgenden sind die mit dem Mikroskop OLS4100 durchgeführten Stahlblech-Rauheitsmessungen im Vergleich zu Kontaktflächen-Rauheitsmessungen dargestellt:
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Probenanalyse: Oberflächenmorphologie von Elektroblech
Elektroblech besteht aus Stahl, der zur Verbesserung seiner magnetischen Eigenschaften etwa 3 % Silizium enthält. Da elektrische Transformatoren zur Spannungswandlung die Energie eines Magnetfeldes verwenden, werden in den Eisenkernen und Spulen von Transformatoren zur Erhöhung des Magnetflusses häufig Elektrobleche verwendet. Die Qualität des Elektroblechs hat einen direkten Einfluss auf den Wirkungsgrad und reduziert den CO2-Verbrauch.
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Ein Spalt in der Oberfläche eines Elektroblechs verschlechtert die magnetischen Eigenschaften dieses Stahls. Je größer der Spalt, desto höher ist der potenzielle Kernverlust. Zur Analyse des Kernverlusts ist es notwendig, diesen kleinen Oberflächenspalt genau zu messen, um das Verhältnis zwischen Spalttiefe und Kernverlust zu bestimmen. Ein geringer Kernverlust erhöht den Wirkungsgrad und reduziert die Brummgeräusche.
Um einen Spalt von 20 µm zu messen, muss die Genauigkeit für eine zuverlässige Messung etwa 1-2 µm betragen. Das OLS4100 Mikroskop kann diesen Spalt mit einer Genauigkeit von weniger als 1 µm messen. Darüber hinaus kann ein Bediener mit dem OLS4100 Mikroskop innerhalb von 30 Sekunden ein 3D-Bild aufnehmen, was die Prüfzeit reduziert und Zeit für andere Analysen frei macht.
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Probenanalyse: Entwicklung von Oberflächenbehandlungen und Beschichtungen
Es werden immer neue Stahloberflächenbehandlungen und -beschichtungen entwickelt, um die Korrosionsstabilität zu verbessern, der Stahlbeschichtung besondere Eigenschaften zu verleihen und das Aussehen von Stahlteilen zu verbessern. Während dieses Entwicklungsprozesses wird die Rauheit von Stahlblechen analysiert, da sie mit den Eigenschaften dieser Behandlungen und Beschichtungen zusammenhängt. Mit dem OLS4100 Mikroskop kann eine beliebige Anzahl von Behandlungs- und Beschichtungskomponenten – beispielsweise Deckschichten, Grundschichten, chemischen Beschichtungen, Legierungen und das Stahlblech selbst – sorgfältig untersucht und in Bezug auf die Oberflächenrauheit analysiert werden.
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Die Rauheit von Stahlblechen beeinflusst die Eigenschaften der Oberflächenbehandlung und -beschichtung.
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Zusammenfassung
Das konfokale LEXT OLS4100 Laser-Scanning-Mikroskop von Olympus ermöglicht eine hocheffektive Untersuchung und Analyse im Submikrometerbereich sowohl zur Beobachtung und Analyse von Stahlblechkorrosion, Reibungsverschleiß und Oberflächenrauheit als auch des Kernverlusts. Bediener können hochauflösende 3D-Bilder innerhalb von 30 Sekunden erfassen, dadurch sinkt der Zeitaufwand pro Prüfer und die Gesamteffizienz der Prüfung steigt. Zu den Industriezweigen, in denen sich das OLS4100 Mikroskop als ideales Gerät zur Oberflächenanalyse von Stahlblechen anbietet, gehören die Automobilindustrie, die Energieerzeugung, die Entwicklung von Oberflächenbehandlungen und -beschichtungen, die Luft- und Raumfahrtindustrie, Wehrtechnik und die Fertigung.
