Schnelle Materialanalyse von Oberflächen und Beschichtungen

LIPS - Laserinduzierte Plasmaspektroskopie

Bei der laserinduzierten Plasmaspektroskopie (LIPS) wird mithilfe eines Pulslasers ein kleines Volumen, typischerweise wenige µm³, eines Objekts in ein Plasma verwandelt: Die Atome in diesem Volumen werden ionisiert und einige ihrer Elektronen herausgelöst. Beim anschließenden Einfangen der Elektronen entsteht ein materialtypisches Emissionsspektrum, das vom Plasma abgestrahlt wird. Diese Rekombination ist mit einem für jedes Element charakteristischen spektralen Fingerabdruck verbunden. Letzterer liefert die Informationen zur chemischen Zusammensetzung des untersuchten Volumens und damit zum untersuchten Werkstoff.

Ist die chemische Zusammensetzung bestimmt, kann diese zu analytischen Zwecken ausgewertet, oder – interessant für die Qualitätskontrolle – mit Sollwerten verglichen werden. Der relative Anteil bestimmter Elemente wird innerhalb von Millisekunden bestimmt: Eine Zinkphosphat-Beschichtung auf einem Stahlobjekt beispielsweise kann in Echtzeit zuverlässig ausgewertet werden. Damit können Beschichtungsprozesse gezielt geregelt und die Qualität des Werkstücks sichergestellt werden.

Wird der Laserpuls auf verschiedene Stellen des Werkstücks gelenkt, lässt sich die räumliche Verteilung und Homogenität der Oberflächenzusammensetzung direkt bestimmen. Durch wiederholtes Pulsen an derselben Stelle gibt das Verfahren zudem Aufschluss über die elementare Zusammensetzung des Bauteils in der dritten Dimension: bei jedem Puls wird ein kleines Volumen abgetragen und damit die nächst tieferliegende Schicht analysiert.