Hoch ortsauflösende, bildgebende mikromagnetische Materialcharakterisierung mit magnetooptischer Sensorik

Mikromagnetische Prüfverfahren stellen ihre Leistungsfähigkeit bereits in industriellen Wertschöpfungsketten ferromagnetischer Erzeugnisse in größerem Umfang unter Beweis. Die Wirtschaftlichkeit und Ressourceneffizienz kann durch die Integration mikromagnetischer Prüftechniken in Produktionsprozesse erheblich gesteigert werden. Einige Prozesse, wie z.B. das Laserhärten, erzielen eine lokal definierte Verbesserung der Materialeigenschaften, ebenso wie einige Beanspruchungsszenarien eine lokale Schädigung erzielen. Die entsprechende Qualitätssi-cherung erfordert somit eine ortsauflösende zerstörungsfreie Prüfung. Mikromagnetische Prüftechniken wie 3MA (Mikromagnetische Multiparameter- Mikrostruktur- und Spannungs-Analyse) erzielen z.B. in Form der BEMI-Technik (Barkhausen Noise and Eddy Current MIcroscope) die benötigte Ortsauflösung in der Größenord-nung von wenigen 10 μm. Hierfür ist allerdings eine äußerst zeitaufwendige Manipulation der meist einkanaligen Sensorik über Werkstoffoberflächen notwendig. Die Dauer eines Scans von 100 mm² liegt dabei durchaus in der Größenordnung von mehr als 50 Stunden.
In diesem Beitrag werden die Ergebnisse eines vom BMBF geförderten Forschungsvorhabens vorgestellt, welches darauf abzielte, mithilfe eines magnetooptischen (MO) Sensors eine sowohl schnelle als auch hoch ortsauflösende Technik zur mikro-magnetischen Materialcharakterisierung zu entwickeln. Der MO-Sensor arbeitet nach dem Prinzip des Faraday-Effekts und bildet die auf seiner Wandlerfläche von maxi-mal 300 mm² wirkende Feldstärkeverteilung quasi instantan ab. Diese Verteilung wird von einer Digitalkamera mit einer Ortsauflösung von bis zu 20 μm erfasst, wobei quasi Echtzeit-Performance erzielt wird. Zur mikromagnetischen Materialcharakterisierung wurde eine messtechnische Methodik erarbeitet, welche entlang der magnetischen Hysterese ferromagnetischer Proben eine zeitlich definierte Bildfolge (Bildsequenz/Video) der Feldstärkeverteilung entsprechender Probenoberflächen aufzeichnet. Anhand dieser MO-Daten konnten mikromagnetische Merkmale abgeleitet wer-den, welche die laterale Verteilung von Werkstoffzuständen und -eigenschaften wie Spannungs- und Härteunterschieden mit hoher Ortsauflösung und innerhalb kürzester Zeit abbilden.