涂层厚度测量

涂层厚度测量的主要目的是控制成本,同时确保足够的覆盖范围。

可以使用各种公认的方法来确定有机涂层的厚度。在特定情况下采用的方法通常由涂层和基材的类型,涂层的厚度范围,部件的尺寸和形状以及经济性决定。常用的测量技术是非破坏性的干膜方法,如磁性,涡流,超声波或微米测量; 破坏性干膜方法如横截面或重量(质量)测量; 和湿膜测量。

磁性

磁性薄膜计用于非破坏性地测量黑色金属基底上的非磁性涂层的厚度。这种方法测量钢铁上的大多数涂层。用磁性测试仪进行测试对表面粗糙度,曲率,基材厚度和基材组成都很敏感。磁性测量仪使用两种操作原理之一:磁性拉断或磁性/电磁感应。

技术提示

厚度标准有很多来源,但最好确保它们可溯源到国家测量机构,如NIST。

根据这些标准进行定期检查,确认量具运行正常。

当读数不符合量具的精度规格时,量具必须进行调整或修理,然后再次校准。

磁性拉断

这些量具使用永磁体,校准弹簧和刻度尺。磁铁和铁磁基板之间的吸引力将两者拉到一起。随着分离两个涂层的涂层厚度增加,将磁体拉开变得更容易。通过测量该拉拔力来确定涂层厚度 - 力越弱,涂层越厚。

通常以铅笔式或回转式表盘的形式提供,磁性拔出式仪表坚固,简单,便宜,便携,通常不需要校准调整。当需要每天读数较少时,它们是选择的工具。

铅笔型模型使用安装在垂直于涂层表面的螺旋弹簧上的磁铁。大多数铅笔式拉拔规具有大的磁铁,并且设计成仅在一个或两个位置工作,这部分地补偿了重力。可提供更准确的版本,其中有一个小巧,精确的磁铁,可在小的,热的或难以到达的表面上进行测量。当量具指向下,向上或水平时,三重指示器可确保准确测量,误差为±10%。

回滚式刻度盘是最常见的磁拉式量具。一个磁铁连接到一个枢转平衡臂的一端,并连接到一个校准的游丝。通过用手指旋转拨号盘,弹簧增加磁铁上的力并将其从表面上拉下。这些量具易于使用,并有一个平衡的手臂,使他们可以在任何位置工作,与重力无关。它们在爆炸性环境中安全,并且通常由涂装承包商和小型粉末涂料操作使用。典型容差为±5%。

磁和电磁感应

磁感应仪器使用永磁体作为磁场源。霍尔效应发生器或磁电阻被用于感测磁体的磁极处的磁通密度。电磁感应仪器使用交变磁场。使用缠绕有细线的柔软铁磁杆来产生磁场。第二个线圈线圈用于检测磁通量的变化。

这些电子仪器测量磁性探针表面附近的铁磁性物质表面的磁通密度变化。探针表面的通量密度的大小与距衬底的距离成反比。通过测量通量密度可以确定涂层厚度。典型容差为±1%。

电子磁力计有多种形状和尺寸。他们通常使用恒压探头来提供不受不同操作员影响的一致读数。读数通常显示在液晶显示器(LCD)上。某些电子计量器通过接受与涂覆应用有关的应用的可互换探头提供额外的实用性:喷砂清理表面的特性,监测和记录环境条件,测量衬底上的腐蚀影响等。

与磁拉式仪器相比,大多数电子测量仪可以选择存储测量结果,对读数进行即时分析,并将结果输出到计算机,以便通过各种软件解决方案进行进一步检查。通常由量具制造商提供,用于存储厚度读数的报告和分析软件可以安装在计算机上或通过互联网(基于云)进行访问。最近的硬件和软件创新使测量操作员能够直接将他们的智能设备(手机,平板电脑等)与涂层厚度测量,分析和报告过程集成在一起。

应该仔细遵循量具制造商的说明,以获得最准确的测量结果。标准测试方法可在ASTM D7091,ISO 2178和SSPC-PA 2中获得。

涡流

涡流技术用于非破坏性地测量非铁金属基材上非导电涂层的厚度。传导高频交流电(1MHz以上)的细线圈用于在仪器探头表面设置交变磁场。当探头靠近导电表面时,交变磁场会在表面产生涡流。衬底特性和探针距衬底的距离(涂层厚度)影响涡流的大小。涡流产生可以被励磁线圈或第二相邻线圈感测的反电磁场。

涡流式涂层测厚仪的外观和操作与电子磁力计相似,因为它们通常使用恒压探头并在LCD上显示结果。他们还可以选择存储测量结果或对读数进行即时分析并输出到打印机或计算机进行进一步检查。典型容差为±1%。测试对表面粗糙度,曲率,基材厚度,金属基材的类型和距边缘的距离敏感。

ASTM B244,ASTM D7091和ISO 2360提供了该测试的应用和性能的标准方法。

现在常见的是将磁性和涡流原理结合到一个单元中。一些简化了测量任何金属上的大多数涂层的任务,通过从一种操作原理自动切换到另一种操作原理,取决于基板。这些组合装置广受画家和粉末涂料商的欢迎。

超声

超声波测厚仪的超声波脉冲回波技术用于测量非金属基材(塑料,木材等)上的涂层厚度而不损伤涂层。

仪器的探头包含一个超声波传感器,通过涂层发送一个脉冲。脉冲从衬底反射回传感器并转换成高频电信号。回波波形被数字化和分析以确定涂层厚度。在某些情况下,可以测量多层系统中的各个层。

该设备的典型容差为±3%。ASTM D6132和ISO 2808提供了该测试的应用和性能的标准方法。

千分尺

测微计有时用于检查涂层厚度。它们具有测量任何涂层/基材组合的优点,但是需要进入裸露基材的缺点。触摸涂层表面和衬底下侧的要求可以是限制性的,并且它们通常对测量薄涂层不够敏感。

必须进行两次测量:一次使用涂层,另一次不使用。两个读数之间的差异,高度变化,被认为是涂层厚度。在粗糙表面上,微米测量高于最高峰的涂层厚度。

对横截面

一种破坏性的技术是在横截面上切割涂层部分并通过显微镜观察切口来测量膜厚度。也可以通过在干膜涂层上形成几何设计的切口并用缩放显微镜观察横截面来确定。使用一种特殊的切割工具在涂层上形成一个小而精确的V型槽并进入基底。量具可用来完成切割技巧和照明缩放放大镜。

虽然这种破坏性方法的原理很容易理解,但有测量误差的机会。准备样本并解释结果需要技巧。将测量标线调整为锯齿状或模糊的界面可能会造成不准确,特别是不同操作者之间。当不便宜的非破坏性方法不可行时,或者作为确认无损结果的方式时,使用此方法。ASTM D4138概述了这种测量系统的标准方法。

GRAVIMETRIC

通过测量涂层的质量和面积,可以确定厚度。最简单的方法是在涂覆前后称量部件。一旦确定了质量和面积,厚度就可以用下面的公式计算:

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其中T是以微米为单位的厚度,m是以毫克为单位的涂层质量,A是以平方厘米测试的面积,d是以立方厘米为单位的密度。

当基材粗糙或涂层不均匀时,难以将涂层的质量与厚度联系起来。实验室最适合处理这种耗时且经常具有破坏性的方法。

在干燥前测量

湿膜厚度计有助于确定在达到指定干膜厚度的情况下需要涂多少材料才能达到指定的干膜厚度,前提是已知固体体积百分比。他们测量所有类型的湿有机涂料,如油漆,清漆和漆在平坦或弯曲的光滑表面上。

在使用过程中测量湿膜厚度表明需要立即校正并通过涂药器进行调整。在干燥或化学固化之后对膜进行修正需要昂贵的额外劳动时间,可能导致膜的污染,并可能引起涂层体系的粘附和完整性问题。

用于确定具有和不具有稀释剂的正确湿膜厚度(WFT)的等式如下:

没有稀释剂:

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使用了四种类型的量规,包括槽口,透镜,偏心辊和针式千分尺。每个人都有自己的操作程序。也称为台阶式或梳型计量器的刻槽仪是最常见的。

应该在平滑的表面上使用槽口应变计,不存在不规则性,应该沿着曲面的长度而不是宽度定位。在快干涂层上使用湿膜测量仪会产生不准确的测量结果。ASTM D4414概述了这种测量的标准方法。

在用简单的手持式梳子或超声波测厚仪固化之前可以测量粉末涂层。未固化的粉末膜梳的工作方式与湿膜测厚仪非常相似。梳子被拖动通过粉末薄膜,并且厚度位于标记为最高的牙齿和粉末附着的牙齿之间,而下一个最高的牙齿没有留下痕迹并且没有粉末附着在它上面。这些量具相对便宜,精确度为±5μm。它们仅适合作为指导,因为流动后固化膜可能不同。量具留下的痕迹可能会影响固化膜的特性。

超声波装置可以在光滑金属表面上的未固化粉末上无损耗地使用,以预测固化膜的厚度。探头距离要测量的表面很近,读数显示在设备的LCD上。测量不确定度为±5μm。ASTM D7378中提供了这些粉末测试的应用和性能的标准方法。

厚度标准

涂层测厚仪根据已知的厚度标准进行校准。厚度标准有许多来源,但最好确保它们可溯源到国家测量机构,如NIST(美国国家标准与技术研究院)。根据这些标准进行定期检查,确认量具运行正常。当读数不符合量具的精度规格时,量具必须进行调整或修理,然后再次校准。

涂层厚度测量的主要目的是控制成本,同时确保足够的覆盖范围,并且应该是所有涂层机的例行事件。选择正确的量具取决于涂层的厚度范围,衬底的形状和类型,量具的成本以及所需的精确度。

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