<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des relativen Haftvermögens von Beschichtungen bei kurzzeitiger, stossartiger Beanspruchung, sowie die Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur einfachen und quantitativen Bestimmung der Haftung von Lackierungen, vorzugsweise auf metallischen Substraten.
Die Haftfestigkeit ist gemäss DIN 55945 das Mass für den Widerstand, den eine Beschichtung auf Grund ihres Haftvermögens einer Trennung vom Untergrund entgegensetzt und gehört zu den wichtigsten Qualitätsparametern für Beschichtungen. Besonders bei der Beurteilung von Lackierungen, z. B. in der Automobilindustrie ist die Haftfestigkeit eine wesentliche Kenngrösse.
Das zur Zeit in der Praxis am meisten verbreitete Prüfverfahren für die Haftfestigkeit von Beschichtungen ist die sogenannte Gitterschnittprüfung, wie sie in verschiedenen Normen (DIN 53151 oder ISO 2409-1972) beschrieben wird. Dabei wird mit einem Ein-oder Mehrschneidegerät auf dem zu prüfenden, beschichteten Werkstück ein bis auf den Untergrund durchgehendes Schnittband mit 6 Schnitten sowie senkrecht dazu darüber ein gleiches Schnittband eingeritzt und das Bild der nach Abbürsten entstehenden Ablösungen beurteilt. Die Entfernung der vom Substrat abgelösten Lackteile kann gegebenenfalls auch mittels Klebeband erfolgen. Es ist offensichtlich, dass trotz der Normung die einzelnen Schritte dieser Prüfung (Ritzen, Abbürsten, Abziehen mittels Klebeband) sowie die Beurteilung sehr stark subjektive Einflüssen unterliegen.
Insbesondere ist die Verformungsgeschwindigkeit beim Ritzen der Beschichtung nur schlecht definierbar.
Eine andere Methode zur Bestimmung der Haftung ist die in der DIN 53232 beschriebenen Abreissmethode, bei welcher ein mit der Oberfläche der Beschichtung verklebter Stempel mit Hilfe einer Zugprüfmaschine bis zur Ablösung der Beschichtung vom Untergrund belastet wird und die zur Ablösung notwenige Zugspannung gemessen wird. Abgesehen von höherem Zeit- und Arbeitsaufwand hat auch diese Methode wesentliche Nachteile und zeigt eine nur mangelhafte Relation zu den in der Praxis hinsichtlich der Haftfestigkeit auftretenden Beanspruchungen einer Lackierung oder Beschichtung. So werden unter anderem die Eigenschaften der zu prüfenden Beschichtung durch das Aufkleben eines Stempels in meist unkontrollierbarer Weise verändert.
Das Abreissen des Stempels kann auch bei Einhaltung der Normbedingungen nur schwer so gleichmässig ausgeführt werden, dass nicht einseitig hohe Belastungsspitzen auftreten.
Keines der genannten Verfahren gestattet es überdies, die für die Praxis wesentliche kurzzeitige und stossartige Belastung zu simulieren.
Aus der Literatur sind Vorrichtungen bekannt, mit welchen die Oberflächenhärte oder die Zerreissfestigkeit von Materialien durch eine stossartige Belastung gemessen werden.
In der CH-PS Nr. 594243 wird eine Vorrichtung zur laufenden Messung der Oberflächenhärte eines Metallbandes beschrieben, bei welcher ein federnd gelagerter Bolzen, welcher in einer sich entsprechend der Bandgeschwindigkeit drehenden Halterung gelagert ist, bei jeder Umdrehung einen der Oberflächenhärte entsprechenden Eindruck hinterlässt, dessen Dimension zur Steuerung des Härtungsvorganges dient.
Die DE-OS 1573520 beschreibt eine Vorrichtung zur Messung der Härte eines Werkstoffs, wobei eine Prüfspitze durch eine bestimmte Federkraft nach Betätigung einer Auslösevorrichtung gegen den Prüfkörper bewegt wird. Der beim Auftreffen entstehende Druck wird auf elektrischem Weg gemessen.
Die DE-OS 2141510 beschreibt eine Vorrichtung für den Durchstossversuch an Kunststoff-Folien oder Kraftsackpapieren, wobei die schlagartige Beanspruchung durch den Läufer eines Linearmotors erfolgt und der Stosskörper mit einem Kraft-Messelement ausgestattet ist.
Es wurde nun gefunden, dass man das relative Haftvermögen einer Beschichtung auf dem Substrat, insbesondere einer Lackierung, bei kurzzeitiger und stossartiger Belastung durch einen Prüfkörper mit bestimmter Bewegungsenergie qualitativ und quantitativ erfassen kann.
Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen zeigen Fig. 1 eine schematische Darstellung der Vorrichtung, Fig. 2 ein mikroskopisches Bild der durch die Stahlkugel-l-beim Auftreffen hervorgerufenen Veränderung der Beschichtung, Fig. 3 ein massstabgerechtes Bild der Abplatzungen, wie sie in Abhängigkeit vom Kugeldurchmesser und von der Stossenergie bei zwei verschiedenen Beschichtungen erhalten werden, Fig. 4 eine schematische Darstellung der Vorrichtung mit Handauslösung.
<Desc/Clms Page number 2>
Die Erfindung betrifft demgemäss ein Verfahren zur. Bestimmung des relativen Haftvermögens von Beschichtungen, insbesondere von Lackierungen, bei kurzzeitiger und stossartiger Belastung durch eine durch Federkraft bewegte Prüfspitze, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass, vorzugsweise mit Hilfe eines selbstschlagenden Körner--6-, ein Eindringkörper-l-mit halbkugelförmiger Spitze, mit definierter Energie bzw. Geschwindigkeit bis zu einem unter der Beschichtung --3-- liegenden Substrat --2-- durch die Beschichtung --3-- gestossen wird, so dass ein Abplatzen der Beschichtung --3-- vom Substrat --2-- erfolgt und die Relation zwischen der Stossenergie und der Grösse der durch das Abplatzen entfernbaren Beschichtung als Masszahl für das relative Haftvermögen genommen wird.
Gegenüber allen bisher bekannten Prüfverfahren für das Haftvermögen hat das erfindungsgemässe Verfahren den Vorteil der praxisnahen und trotzdem streng reproduzierbaren Belastung der Beschichtung. Die Beschichtung wird durch die Prüfung nicht in unzulässiger Weise verändert (wie etwa beim Verkleben), die Verteilung der für die Enthaftung verantwortlichen Schub-, Druck-und Zugspannungen in der Beschichtung entspricht weitestgehend den praktisch vorkommenden Beanspruchungsformen.
Wie sich bei mikroskopischen Untersuchungen des Eindringvorganges bzw. des Ergebnisses der Verletzung der Beschichtung zeigt, wird beim Auftreffen der halbkugelförmigen Spitze an den Kugelflanken das Beschichtungsmaterial zu einem konzentrischen Wall --4-- zusammengeschoben. Durch diesen Effekt wird je nach dem Haftvermögen der Beschichtung ein ebenfalls konzentrischer Teil der nicht unmittelbar vom Eindringkörper getroffenen Beschichtung --5-- vom Substrat gelöst. Dieser Teil der Beschichtung kann bereits bei mässiger Beanspruchung entfernt werden.
Es ist selbstverständlich, dass auch beim erfindungsgemässen Verfahren die Schichtdicke der Beschichtung sowie die Temperatur von Einfluss ist und diese Grössen bei Vergleichsmessungen konstant gehalten oder entsprechend berücksichtigt werden müssen.
Zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens wird vorzugswseise eine Anordnung verwendet, welche aus einem selbstschlagenden Körner --6-- besteht, dessen Spitze durch einen auswechselbaren, an der Spitze eine gehärtete Stahlkugel-l--mit einem Durchmesser von 1 bis 3 mm tragenden Stift --14-- ersetzt wurde. Die Stossenergie kann durch Verstellen der Schraube --15-und der damit verbundenen Änderung der Vorspannung der Feder --11-- im Bereich von etwa 50 bis 500 mJ eingestellt werden. Die durch die Feder --11-- beschleunigte Masse --12-- soll im Bereich zwischen 5 und 20 g liegen und damit dem Eindringkörper-l-eine Anfangsgeschwindigkeit von 10 bis 30 m/s verleihen.
Selbstschlagende Körner, welche als Grundgerät für die erfindungsgemässe Anordnung verwendet werden können, sind im Handel erhältlich und werden bei-
EMI2.1
besteht die erfindungsgemässe Anordnung ferner aus einem grossen Permanentmagneten in Topfform - mit einem ebenen Gummibelag-7-. Diese Form der magnetischen Aufspannung sorgt für eine gleichmässige Auflage auch nicht vollständig ebener Probebleche (vorzugsweise Karosseriebleche mit 0, 8 mm Dicke).
Während in der Normalausführung eines selbstschlagenden Körners Spannen und Auslösen automatisch durch das Niederdrücken des Werkzeugs bewirkt wird, sieht eine besondere Ausführungsform der erfindungsgemässen Anordnung ein Einrasten im gespannten Zustand und ein getrenntes Auslösen des Stossvorganges vor. Diese Handauslösevorrichtung besteht aus der Klinke--13--, die nach Spannen der Feder --11-- durch Eindrücken des Stiftes --14-- die Masse --12-- bis zum händischen Auslösen mittels derselben Klinke --13-- festhält. Während ein gewöhnlicher selbstschlagender Körner durch Andrücken auf derselben Stelle, an der der Stoss erfolgen soll, gespannt wird, wird bei Anwendung der Handauslösung die zu prüfende Stelle nicht durch den Spannvorgang vorverformt.
Diese Vorverformung nimmt zwar nur einen kleinen Teil der Gesamt-Stosswirkung vorweg, erschwert aber doch eine quantitative Auswertung.
Eine weitere Ergänzung der erfindungsgemässen Anordnung besteht schliesslich aus einem Sta- tiv --9-- mit Führung --10-- für den Körner --6--, das es bei Verwendung der Handauslösevor- richtung --13-- erlaubt, den Körner --6-- in exakt reproduzierbarem Abstand und genau senkrecht zur Probenoberfläche so zu positionieren, dass die Kugel --1-- die Beschichtung --3--
<Desc/Clms Page number 3>
leicht berührt.
Für die quantitative Festlegung der relativen Masszahl für das Haftvermögen sieht das erfindungsgemässe Verfahren zwei Vorgangsweisen vor :
Im ersten Fall wird bei festgelegtem Durchmesser des kugelförmigen Eindringkörpers--l- die Stossenergie bzw. -geschwindigkeit, vorzugsweise durch stufenweises Erhöhen der Vorspannung der im selbstschlagenden Körner --6-- eingebauten Feder --11-- so lange gesteigert, bis die Beschichtung --3-- durch Überschreiten der Haftfestigkeit in einem Kreisring --5-- um die Eindringstelle abplatzt. Dieser Effekt ist durch den Übergang von zuerst vorherrschender, die Haftung eher verstärkender Druckspannung zu überwiegend wirksamer Schubspannung, die schliesslich zur Enthaftung führt, zu verstehen.
Die zur Erzielung dieses Abplatzens erforderliche Energie, die man auch in eine Stossgeschwindigkeit umrechnen kann, ist dann die gesuchte Masszahl für das Haftvermögen.
Die alternative Vorgangsweise sieht vor, dass unter Beibehaltung einer bestimmten Stossenergie,
EMI3.1
gert wird, bis ebenfalls die Beschichtung in einem Kreisring --5-- abplatzt. In diesem Fall ist der Kugeldurchmesser des Eindringkörpers-l-ein (reziprokes) Mass für das Haftvermögen.
Einer der besonderen Vorzüge des erfindungsgemässen Verfahrens liegt in den überaus einfachen und verlässlichen Hilfsmitteln, die zu seiner Durchführung erforderlich sind. Damit kann dieses Verfahren nicht nur wirklich von jedermann in kürzester Zeit durchgeführt werden, es ist auch völlig ortsungebunden.
Das folgende Beispiel soll das beanspruchte Verfahren an typischen Beschichtungen, wie sie in der Automobilindustrie üblich sind, illustrieren. Es handelt sich um Einbrennlackierungen im Dreischichtaufbau mit einer Gesamtschichtstärke von 100 11m auf phosphatiertem Stahlblech (0, 8 mm).
EMI3.2
eingesetzt, während die Grundierung im Aufbau B dem üblichen Standard entspricht.
Die Fig. 3 zeigt massstabsgetreu die nach Durchführung des beanspruchten Prüfverfahrens zu beobachtenden, abgeplatzten Lackflächen in Abhängigkeit von Kugeldurchmesser des Eindringkörpers-l-und von der durch die Spannung der Feder --11-- gegebenen Stossenergie.
Die verbesserte Haftfestigkeit des Lackes A gegenüber B ist aus der bei bestimmtem Kugeldurchmesser höheren Schwellenenergie abzulesen, die für das Abplatzen einer über die unmittelbare Berührungszone --4-- des Eindringkörpers --1-- hinausgehende Kreisfläche --5-- erfor- derlich ist (Fig. 3, Z. 3 bzw. 6) :
Kugeldurchmesser : 3 mm
Schwellenenergie : Lack A 325 mJ
Lack B 185 mJ
Unter Beibehaltung der Stossenergie (Variante 2) ergibt das Verhältnis der Kugeldurchmesser, bei denen ein Abplatzen einer kreisförmigen Zone --5-- bewirkt wird, einen reziproken Wert für das Verhältnis der Haftfestigkeit (Fig. 3, Spalte 1 bzw. 3) :
Stossenergie : 125 mJ
Kritischer Kugeldurchmesser :
Lack A : 1 mm
Lack B : 1, 75 mm
Die Gitterschnittprüfung nach DIN 53151 ergibt bei den geprüften Lackaufbauten die wenig aussagefähigen Werte"Gt 0"bzw."Gt 0-l".
**WARNUNG** Ende DESC Feld kannt Anfang CLMS uberlappen**.