Zerstörungsfreie Charakterisierung des Werkstoffgefüges durch Messung des Elastizitätsmoduls mit Laserakustik

Mit der laserakustischen Prüfmethode kann der Elastizitätsmodul von Oberflächenschichten in einem Dickenbereich von wenigen Nanometern bis zu einem Millimeter bestimmt werden. Das Verfahren beruht auf akustischen Oberflächenwellen, die durch kurze Laserimpulse angeregt werden. Der Elastizitätsmodul ist nicht nur ein wichtiger mechanischer Kennwert, man kann seine Messung auch nutzen, um zerstörungsfrei auf wichtige Eigenschaften des Werkstoffgefüges zu schließen. Dies ist besonders für Oberflächenschichten interessant, da deren Eigenschaften deutlich von denen des Bulkmaterials abweichen können. Das laserakustische Messprinzip wird beschrieben und drei Anwendungsbeispiele werden dargelegt. Für wasserstofffreie diamantähnliche Kohlenstoffschichten korreliert der Schichtmodul mit dem Gehalt an sp3-Bindungen, von dem die Verschleißschutzwirkung dieser Schichten abhängt. Für Metallschichten aus Titan wurde durch Messung des Elastizitätsmoduls deren Porosität bewertet. Dies ermöglichte es, die Herstellungstechnologie für dichte Schichten zu optimieren. Am Beispiel des lasergehärteten Stahles 42CrMo4 wird gezeigt, wie martensitisch gehärtete Randzonen charakterisiert werden können.