Die Mindestschichtdicke im Zeugnis ist der kleinste von mehreren Mittelwerten

Quelle ist ISO 2064:1996, Metallische und andere anorganische Schichten — Definitionen und Festlegungen zur Messung der Schichtdicke, dritte Ausgabe, 2024 als gültig bestätigt. ISO gibt den Inhalt mit zwei Seiten an, und das eigene Vorwort ordnet sie ISO/TC 107 zu, Unterkomitee SC 2, Prüfverfahren und Koordinierung von Prüfverfahren. Sie ist das Vokabular, das die Beschichtungsnormen auf dieser Website übernehmen.

Warum das Minimum kein Punkt sein kann

Die Einleitung benennt das Problem, das sie lösen will, und liefert dann die Begründung; das ist der nützlichste Teil des Dokuments.

Mit manchen Verfahren, etwa dem mikroskopischen, lassen sich deutliche Dickenschwankungen auf äußerst kleinen Flächen erkennen, zum Beispiel Poren oder Risse, die man als Stellen ansehen könnte, an denen die festgelegte Mindestschichtdicke nicht erreicht ist. Mit anderen Verfahren, coulometrischen oder verschiedenen zerstörungsfreien, lassen sich solche winzigen örtlichen Dickenschwankungen nicht erkennen.

Deshalb:

Das lohnt genaues Lesen, denn es kehrt die übliche Annahme um. Die Definition wurde nicht gewählt, um die Beschichtung genau zu beschreiben. Sie wurde gewählt, damit ein Mikroskop und eine Magnetsonde am selben Teil zum selben Urteil kommen. In unseren eigenen Worten, nicht im Wortlaut der Norm: Die Definition wird durch das unempfindlichste Messgerät festgelegt, das überhaupt verwendet werden darf.

Die Folge steht im nächsten Satz. Der Mittelwert der Messungen auf der Bezugsfläche ist als örtliche Schichtdicke zu nehmen, insbesondere bei zerstörungsfreien Prüfungen. Eine Pore, die schmaler ist als die Bezugsfläche, verschwindet planmäßig in einem Mittelwert, nicht aus Versehen.

Der Quadratzentimeter

Die Fläche selbst ist festgelegt, und sie ist klein genug, um sie sich vorzustellen. Bei einem Teil, dessen wesentliche Fläche größer als ein Quadratzentimeter ist, ist die örtliche Schichtdicke innerhalb einer Bezugsfläche von ungefähr 1 cm², möglichst einem Quadrat von einem Zentimeter Seitenlänge, zu bestimmen. Darin dürfen je nach Verfahren bis zu fünf verteilte Messungen durchgeführt werden, und die Anzahl ist zwischen den Beteiligten zu vereinbaren.

Bei einem kleineren Teil ändert sich die Regel. Die normale Bezugsfläche ist die gesamte wesentliche Fläche des Teils, und wieder ist die Anzahl der Einzelmessungen zwischen den Beteiligten zu vereinbaren. Kleinere Bezugsflächen sind in Sonderfällen zulässig, doch auch ihre Größe, Anzahl und Lage müssen vereinbart werden.

Diese Formulierung steht in einer zweiseitigen Norm zweimal. Das Dokument, das eigens existiert, um diese Begriffe zu definieren, gibt zwei der Entscheidungen direkt an Käufer und Lieferanten zurück.

Für das mikroskopische Verfahren gilt eine eigene Regel: mindestens fünf verteilte Messungen entlang einer Länge eines festgelegten Querschliffs. Eine Fußnote schlägt als zweckmäßige Länge 5 mm für galvanische Überzüge vor und 20 mm für Schichten, die meist gleichmäßiger sind, mit anodischen Oxidschichten als Beispiel.

Die Messfläche ist der Fußabdruck des Geräts

Definition 3.2 erklärt, warum zwei Labore dasselbe Teil ehrlich messen und trotzdem zu unterschiedlichen Ergebnissen kommen können. Eine Messfläche ist der Teil der wesentlichen Fläche, über den eine Einzelmessung erfolgt, und die Norm definiert sie dann getrennt für jede Verfahrensgruppe.

Jede davon ist eine Eigenschaft der Ausrüstung, nicht des Teils. Wer die Sonde wechselt, ändert die Frage, die gestellt wird. Deshalb sagt die Norm auch sorgfältig, dass die Zahl der Messwerte innerhalb einer Bezugsfläche vom verwendeten Messverfahren abhängt.

Wenn örtlicher Wert und Mittelwert dieselbe Zahl werden

Abschnitt 5 behandelt die mittlere Schichtdicke, und bei kleinen Teilen fallen beide Begriffe zusammen. Wenn die wesentliche Fläche die Bezugsfläche nicht wesentlich übersteigt, ist der Wert der örtlichen Schichtdicke als mittlere Schichtdicke zu nehmen. Übersteigt sie sie deutlich, ist die mittlere Schichtdicke der Mittelwert aus drei bis fünf örtlichen Dickenbestimmungen, verteilt über die wesentliche Fläche.

Für den Weg über den Massenverlust gilt die Regel, die ein Käufer von Verbindungselementen wiedererkennen wird. Ist die wesentliche Fläche eines beschichteten Teils kleiner als die geforderte Mindestmessfläche, ist eine Anzahl einzelner Teile auszuwählen, die die geforderte Messfläche ergibt, und das Ergebnis gilt als mittlere Schichtdicke. Übersteigt sie diese Fläche nicht wesentlich, ist eine einzelne Bestimmung der Mittelwert für das Teil, und es sind mindestens zwei Teile zu messen, um die Genauigkeit der Messung zu überprüfen.

Eine Schichtdickenangabe für ein kleines Verbindungselement ist also sehr oft ein Mittelwert über mehrere Teile, und die Norm sagt das an der Wurzel, statt es jeder Produktnorm zu überlassen. Genau das tut die Norm für Sherardisieren mit ihren zehn Quadratzentimetern.

Die Anmerkung zu Chargen

Eine Anmerkung in den Definitionen ist eine verkleidete Statistikanforderung. Bei Teilen, die als Massengut beschichtet werden, kann eine Produktspezifikation verlangen, die mittlere Schichtdicke eines Bades zu bestimmen. In solchen Fällen muss die Standardabweichung bekannt sein, um den Anteil der Charge abschätzen zu können, der unter der betreffenden Schichtdicke liegt.

Ein Mittelwert allein kann die einzige Frage nicht beantworten, die ein Käufer von trommelbeschichteten Teilen tatsächlich hat, nämlich wie viele davon zu dünn sind. Die Norm sagt das in einem einzigen Satz und tut nicht so, als wäre es anders.

Die Klausel, die erklärt, warum die anderen abweichen

Die Einleitung endet mit einer Ausweichklausel, und sie erklärt den Großteil der Unterschiede, auf die diese Website gestoßen ist.

Das Grundvokabular kündigt also vorab an, dass die Familie der Schmelztauchschichten es nicht unbedingt wörtlich verwenden wird. Das lohnt sich neben die vier Antworten zu legen, die die Beschichtungsnormen auf dieser Website tatsächlich geben.

Liest man sie neben ISO 2064, sehen die Unterschiede nicht mehr wie Inkonsistenz aus, sondern wie die Entscheidung jedes Gremiums, wie weit es von einer gemeinsamen Definition abweicht, die zur Abweichung offen einlädt.

Was man damit anfängt

• Ein Minimum als kleinsten von mehreren Mittelwerten lesen. Die örtliche Schichtdicke ist als Mittelwert innerhalb einer Bezugsfläche definiert, und die kleinste örtliche Schichtdicke ist der niedrigste dieser Mittelwerte an einem Teil
• Fragen, wie viele Messwerte und wo. Die Norm überlässt die Anzahl innerhalb einer Bezugsfläche der Vereinbarung zwischen den Beteiligten, und das zweimal
• Damit rechnen, dass ein kleines Teil als Gruppe gemessen wird. Unterhalb der geforderten Messfläche werden Teile zusammengefasst, und das Ergebnis ist ein Mittelwert
• Bei Massengutbeschichtung nach der Standardabweichung fragen, denn laut Norm braucht man sie, um abzuschätzen, welcher Teil der Charge zu dünn ist
• Prüfen, ob die Produktnorm von diesen Definitionen abweicht, da die Einleitung ausdrücklich sagt, dass manche Schichten das tun

Was man aus zwei Seiten mitnehmen sollte, ist die Form des Kompromisses. Eine Spezifikation muss sich mit mehr als einem Messgerät prüfen lassen, also ist die Größe, die sie nennt, so gebaut, dass sie unterschiedliche Messweisen übersteht. Alles Weitere zur Schichtdicke folgt daraus, und es steht einmal vorn in einem Dokument, das die meisten nie aufschlagen.

Dieser Beitrag behandelt Schritt 5: Oberfläche. Die vollständige Reihenfolge lautet Grundwerkstoff, Gewinde, Kopf, Antrieb, Oberfläche und Dokumentation. Warum eine andere Reihenfolge Nacharbeit verursacht, erläutert der englische Beitrag Specifying a screw.

Häufige Fragen

Was bedeutet Mindestschichtdicke in einem Beschichtungszeugnis?

Die kleinste örtliche Schichtdicke, die auf der wesentlichen Fläche eines Teils ermittelt wird, wobei die örtliche Schichtdicke selbst als Mittelwert einer festgelegten Anzahl von Messungen innerhalb einer Bezugsfläche definiert ist. Das Minimum ist also der kleinste von mehreren Mittelwerten und nicht die dünnste Stelle des Teils.

Wie groß ist eine Bezugsfläche?

Bei einem Teil mit einer wesentlichen Fläche über einem Quadratzentimeter ungefähr ein Quadratzentimeter, möglichst ein Quadrat von einem Zentimeter Seitenlänge. Darin dürfen je nach Verfahren bis zu fünf verteilte Messungen erfolgen, und die Anzahl ist zwischen den Beteiligten zu vereinbaren. Ist die wesentliche Fläche kleiner als ein Quadratzentimeter, ist die Bezugsfläche die gesamte wesentliche Fläche.

Warum wird die Mindestschichtdicke über eine Fläche und nicht an einem Punkt definiert?

Damit verschiedene Prüfverfahren übereinstimmen. ISO 2064 stellt fest, dass ein mikroskopisches Verfahren Schwankungen auf äußerst kleinen Flächen wie Poren oder Rissen erkennen kann, coulometrische und zerstörungsfreie Verfahren dagegen nicht, und folgert, dass die einzige praktikable Definition der Mindestschichtdicke eine ist, die mit jedem der zugelassenen Prüfverfahren vergleichbare Ergebnisse erlaubt.

Warum messen zwei Labore dasselbe Teil unterschiedlich?

Unter anderem, weil die Messfläche eine Eigenschaft des Geräts ist. ISO 2064 definiert sie für jedes Verfahren getrennt: bei analytischen Verfahren die Fläche, von der die Schicht entfernt wird, beim anodischen Ablösen die vom Dichtring der Zelle umschlossene Fläche, bei mikroskopischen Verfahren das Gesichtsfeld bei festgelegter Vergrößerung und bei zerstörungsfreien Verfahren die Sondenfläche oder die Fläche, die den Messwert beeinflusst.

Wird die Schichtdicke eines kleinen Verbindungselements an einem Teil gemessen?

Oft nicht. Ist die wesentliche Fläche eines beschichteten Teils kleiner als die geforderte Mindestmessfläche, ist nach ISO 2064 eine Anzahl einzelner Teile auszuwählen, die die geforderte Fläche ergibt, und das Ergebnis gilt als mittlere Schichtdicke. Übersteigt die Fläche diese nicht wesentlich, gilt eine einzelne Bestimmung als Mittelwert für das Teil, und es sind mindestens zwei Teile zu messen, um die Genauigkeit zu überprüfen.

Was sagt die Norm zu trommel- oder massengutbeschichteten Teilen?

Dass ein Mittelwert allein nicht genügt. Eine Anmerkung stellt fest, dass bei als Massengut beschichteten Teilen eine Produktspezifikation die Bestimmung der mittleren Schichtdicke eines Bades verlangen kann und dass in solchen Fällen die Standardabweichung bekannt sein muss, um den Anteil der Charge unter der betreffenden Schichtdicke abzuschätzen.

Warum definieren Beschichtungsnormen die Schichtdicke unterschiedlich?

Unter anderem, weil ISO 2064 es erlaubt. Ihre Einleitung stellt fest, dass bei manchen Schichten, etwa schmelztauch- und spritzmetallisierten, die Spezifikationen die Einhaltung einer kleinsten örtlichen oder einer mittleren Schichtdicke oder beider verlangen können, dass diese von den in ISO 2064 definierten Kenngrößen abweichen können und dass die zutreffenden Produktspezifikationen heranzuziehen sind.

Quellen

• ISO 2064:1996, Metallic and other inorganic coatings, definitions and conventions concerning the measurement of thickness. Einleitung, Abschnitt 1, Definitionen in Abschnitt 3, Abschnitt 4 und Abschnitt 5

Grundlage ist die öffentlich zugängliche Leseprobe von SIST ISO 2064:1999, der slowenischen Übernahme, die den englischen Text von ISO 2064:1996(E) wiedergibt; es handelt sich nicht um eine von ISO selbst veröffentlichte Vorschau. ISO gibt den Inhalt der Norm mit zwei Seiten an, die Leseprobe enthält beide und deckt die Abschnitte 1 bis 5 ab, und diese Seite stützt sich auf den dort gedruckten Text. Das Vorwort des Dokuments ordnet es ISO/TC 107, Unterkomitee SC 2, Prüfverfahren und Koordinierung von Prüfverfahren zu, während der aktuelle ISO-Katalogeintrag ISO/TC 107 nennt; zitiert wird das Dokument wie gedruckt. Die Norm ist die dritte Ausgabe im Stadium 90.93, bestätigt, zuletzt 2024 überprüft und bestätigt, und sie ersetzte die zurückgezogene ISO 2064:1980, die nicht gelesen wurde. Die Formulierung vom unempfindlichsten Messgerät ist die eigene Zusammenfassung dieser Seite und nicht der Wortlaut der Norm; der Satz der Norm ist oben vollständig zitiert. Aus ISO 1463 wird nichts zitiert außer den Längenvorschlägen, die eine Fußnote von ISO 2064 selbst enthält. Es wird keine Beziehung zwischen dieser Norm und einer modernen Norm für Messverfahren behauptet; keine solche wurde für diese Seite gelesen. Die vier in der Tabelle verglichenen Beschichtungsnormen werden auf eigenen Seiten behandelt, und hier wird aus ihnen nichts über die jeweils eine Zeile hinaus wiedergegeben. Die Zitate sind sinngemäß übersetzt.