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Ausgevickerst! Die Härtemessung gelingt jetzt berührungslos mit dem Laser

Quelle: Hochschule Koblenz 2 min Lesedauer

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Koblenzer Forscher können per Laser die Oberflächenhärte von Werkstoffen berührungslos messen und visualisieren.

So sieht die Oberfläche eines Stahlbauteils aus, nachdem eine Vickers-Prüfpyramide in das Material eingedrungen ist, um die Härte zu bestimmen. Der Abdruck ist zwar klein, aber doch vorhanden. Koblenzer Forscher setzen jetzt aber auf eine berührungslose Alternative per Laser ...(Bild: KZP)
So sieht die Oberfläche eines Stahlbauteils aus, nachdem eine Vickers-Prüfpyramide in das Material eingedrungen ist, um die Härte zu bestimmen. Der Abdruck ist zwar klein, aber doch vorhanden. Koblenzer Forscher setzen jetzt aber auf eine berührungslose Alternative per Laser ...
(Bild: KZP)

Wissenschaftler der Hochschule Koblenz haben ein neuartiges laseroptisches Verfahren zur berührungslosen Messung und Visualisierung der Oberflächenhärte von Materialien entwickelt. Die Methode basiert auf der laserinduzierten Plasmaspektroskopie (LIBS) und bietet im Vergleich zu herkömmlichen taktilen Härteprüfverfahren zahlreiche Vorteile, wie die Forscher betonen. Denn im Gegensatz zu etablierten Härteprüfungen nach Brinell, Vickers oder Rockwell, arbeitet das neue Verfahren rein optisch. Es muss also kein Prüfkörper mehr in die Oberfläche eindringen. Es erfordere auch keine aufwendige Oberflächenvorbereitung und verursache nur minimale Schädigungen am Probenmaterial. Zudem ermöglicht die gute Fokussierbarkeit von Laserstrahlen eine deutlich höhere Ortsauflösung im Bereich von wenigen 10 bis 100 Mikrometern. Davon profitiere zum Beispiel die Stahlbranche.

Neue Möglichkeiten zur Qualitätskontrolle von Werkstoffen

Um die Leistungsfähigkeit der neuen Methode zu validieren, wurden Vergleichsmessungen mit den etablierten Härteprüfverfahren durchgeführt, wie es weiter heißt. Ein, wie betont wird, herausragendes Merkmal der neuen Methode ist die ortsaufgelöste, bildgebende Analyse einzelner Proben mit unterschiedlichen Härtebereichen. Man hat es demnach geschafft, den zuvor mechanisch nachgewiesenen Härteverlauf auf der Oberfläche eines wärmebehandelten Stahlstücks laseroptisch darzustellen. Die Differenzierung zwischen weichen und harten Bereichen erfolgt dabei durch Änderungen im Spektrum des abgestrahlten Plasmalichts, wie die Koblenzer erklären. Das Verfahren steht damit für eine schnellere und effizientere bildgebende Inspektion von teilweise gehärteten Stahlteilen. Härteübergänge, partiell gehärtete Bereiche oder unerwünschte, sogenannte Weichfleckigkeit in Stahlproben ließen sich aber nicht nur sichtbar machen, sondern auch exakt lokalisieren, was die Qualitätskontrolle von Stahlbauteilen zu neuen Möglichkeiten führt. Zukünftig soll das bildgebende Verfahren auf weitere Legierungen und Materialien ausgeweitet werden. Man denkt etwa an Keramik oder sogar biologische Materialien.

Die Entwicklung des neuen laseroptischen Verfahrens zur Härtemessung ist übrigens Teil einer breiteren Forschungsstrategie der Hochschule Koblenz. Die Arbeiten wurden in der Forschungsgruppe Laser Spectroscopy and Photonics unter Leitung von Prof. Dr. Georg Ankerhold und Prof. Dr. Peter Kohns durchgeführt.

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