Anwendung laserakustischer Oberflächenwellen zur zerstörungsfreien Charakterisierung thermisch gespritzter Schichten

Im Rahmen der hier vorgestellten Arbeiten wurde die Anwendung von laserakustischen Oberflächenwellen zur Messung des Elastizitätsmoduls (E-Modul) und zur zerstörungsfreien Charakterisierung thermisch gespritzter Schichten untersucht. Das Messprinzip eignet sich für fast alle Schichten zur schnellen und direkten Bestimmung des E-Moduls. Der Vergleich der E-Modulwerte der laserakustischen Messungen mit denen der instrumentierten Eindringversuche zeigt eine gute Übereinstimmung für Hartmetallschichten und erhebliche Unterschiede für oxidkeramische Schichten. Als Ursache wurde die Existenz von Rissen in den oxidkeramischen Schichten ermittelt. Da die Information für den E-Modul bei den laserakustischen Messungen Schichtdefekte mit einschließt und aus einem wesentlich größeren Schichtvolumen gewonnen wird als beim instrumentierten Eindringversuch, stellen diese einen realistischen Wert dar. Die laserakustischen Messungen wurden mit dem LAwave-Laborgerät und einem Handgerät durchgeführt. Die Vorteile des Handgeräts bestehen in der erweiterten Anwendbarkeit für große gespritzte Teile wie Walzen und den niedrigeren Investitionskosten. Vergleichende Messungen bestätigten die Anwendbarkeit beider Geräte. Die Porenform (Risse) aber auch deren Orientierung in der Schicht beeinflussen den E-Modul-Wert wesentlich stärker als das Porenvolumen selbst. Daher ist die Methode kein direktes Äquivalent zur einer Porositätsmessung, beispielsweise mit einer Bildanalyse. Sie bietet insbesondere die Möglichkeit, kritische Defekte wie Risse und Bindungsfehler vor einer Endbearbeitung und dem Einsatz der Schicht zerstörungsfrei zu detektieren.

In this work the application of surface acoustic waves for Youngs modulus measurement and non-destructive characterisation of thermally sprayed coatings is presented. This method can be used for fast and direct determination of the Youngs modulus of nearly any coating. The Youngs moduli obtained using the two different methods of laser acoustics and depth-sensing indentation were in good agreement for hardmetal coatings, but not for oxide coatings due to the existence of cracks. Because the laser acoustic method takes coating defects into consideration and analyses a much higher material volume it is assumed to produce more realistic results than those obtained with depth-sensing indentation. Laser acoustic measurements were conducted with the LAwave laboratory device and a portable handheld device. The advantages of the handset are the suitability to larger pieces (e.g. rolls) and the lower investment costs. Comparative measurements confirmed the applicability of both devices. The pore morphology (cracks) but also their orientation were observed to have a greater influence than the pore volume on the Youngs modulus of the coating. Therefore, this method is not directly equivalent to porosity measurement, e.g. using image analysis. Its particular advantage is that it presents the possibility of non-destructively detecting critical defects such as cracks and adhesion failures before finishing.