Измерване дебелината на покрития

Безразрушаващо измерване чрез магнитна индукция, вихрови токове, ултразвук

 Дебелината на нанесените покрития върху детайли от различни материали е основна характеристика, която играе немалка роля върху качеството на крайния продукт, върху управлението на технологичния процес, както и при определяне стойността на крайното изделие. Голяма част от детайлите, явяващи се елемент от определен продукт, са с нанесено върху тях покритие. Целта и видът на покритието се определят в зависимост от целите, които ще изпълнява то – чисто декоративни, защитни и т. н. Съответно покритието може да бъде боя, някакъв вид защитно покритие, например против корозия и т. н.

С оглед осигуряване на добра икономическа ефективност и функционалност е добре дебелината на покритието да бъде проследявана и измервана. Това ще гарантира нанасяне на покритие с подходяща за целта дебелина и ще се предотврати евентуален преразход, което да рефлектира в увеличаване на производствените разходи за продукта като цяло.

В практиката за измерване на дебелината на покрития се използват различни методи и измервателни прибори, които търпят непрекъснато развитие. Подобряват се техните характеристики и се разширява приложната им област. В същото време развитието на технологиите за нанасяне на покрития в посока увеличаване на производителността и автоматизацията на процеса изисква прилагането на методи, които да могат да осигурят непрекъснато и безконтактно измерване. Това определя и разработването на нови усъвършенствани методи, които позволяват ефективно измерване дебелината на покрития там, където другите методи са трудно приложими. При избора на конкретен метод за измерване се препоръчва да се вземат предвид вида на покритието, диапазона в който се движи дебелината му, формата и размерите на детайла и други.

Предпочитани са безразрушаващите методи
Методите, използвани за измерване дебелината на покрития, най-често биват подразделяни в две основни групи – методи на измерване неразрушаващи покритието и методи, при които определянето на дебелината на покритието е свързано с неговото разрушаване. Изборът на конкретен метод се определя в зависимост от изискванията на съответното приложение.

Понастоящем широко прилагани са методите, които не са свързани с нарушаване целостта на покритието. Към тези методи се включват радиометричните методи като методът, основаващ се на измерване на обратното разсейване; магнитните методи, включващи методи, основаващи са на измерване силата на привличане, измерване на магнитния поток и измерване на магнитната индукция; електрически методи, сред които капацитивен метод, метод основаващ се на измерване на електропроводимостта и метод на измерване на вихровите токове. Към групата на неразрушаващите методи се включват и термоелектрическите методи. Втората група методи, свързани с разрушаване целостта на покритието, включват металографски метод, метода на определяне дебелината на покритието чрез претегляне, електрохимични и химични методи и други.

Особености на измерване по методите магнитна индукция и вихрови токове
Сред широко използваните уреди в практиката са портативните дебеломери, работещи по метода на магнитна индукция, вихрови токове или комбинация от двата метода.
Дебеломерите, работещи по метода на магнитна индукция, се препоръчват при измерване дебелината на неферомагнтни покрития, нанесени върху основа от черни метали. Те обикновено позволяват измерване на дебелина на покритие в диапазона от 0 докъм 10 mm. Характеризират се с висока точност на измерване.

При голяма дълбочина на проникване на магнитното поле може да се измери и дебелината на феромагнитно покритие, нанесено върху неферомагнитен основен материал. При тези условия необходимо условие в повечето случаи е дебелината на измервания слой да бъде по-малка от 1 mm. Уредите са с несложна конструкция и лесно обслужване.

Самият метод на измерване на магнитната индукция е сравнително бърз и подходящ за измерване дебелината на течни или прахови покрития, както и на покрития като хром, цинк, кадмий или фосфат, нанесен върху стоманени или железни субстрати. Добре е да се има предвид, че приложимостта на метода зависи и от фактори като геометрията на детайла и дебелината на покритието. Също така, при използването на този метод в някои случаи е възможно погрешно отчитане на неговата дебелина като например дебелината на никелово покритие, нанесено върху стоманена основа. Това се дължи на факта, че никелът е магнитен, поради което сондата не би определила правилно дебелината на покритието. По тази причина се препоръчва в подобни случаи да се използва методът на вихровите токове. Друго типично приложение на магнитоиндуктивния метод е измерване дебелината на покритие върху поцинкована ламарина. Добре е да се има предвид, че ако върху поцинкована повърхност е нанесено финишно покритие, то уредът ще измери общата дебелина на цялото покритие, включващо цинковото и финишното покритие.

При използването на дебеломери, работещи по метода на магнитната индукция, е необходимо те да бъдат калибрирани съобразно вида на основния материал, което налага той да бъде предварително известен. Предлагат се и уреди с автоматично разпознаване на основния материал и самостоятелно калибриране. Тази функция е особено полезна, когато субстратът е неизвестен и трудно би могло да бъде определен.

Подобен на метода магнитна индукция е методът на измерване на вихровите токове. Също така една немалка част от сондите, използвани за определяне на дебелината на покритието посредством магнитна индукция, са приложими и при измерване посредством метода на вихровите токове.

Методът на вихровите токове се явява сравнително универсален и се счита за подходящ при различни комбинации от материали. Това се дължи на факта, че електропроводимостта при съответния състав на покритието и основния материал или магнитната проницаемост в случая с феромагнитните материали се различават достатъчно. Най-често обаче се използва при няколко комбинации от материали. Една от възможните комбинации е неелктропроводимо покритие нанесено върху електропроводима неферомагнитна основа като алуминий, мед, цинк и т. н. Друга възможна комбинация е електропроводим неферомагнитен слой нанесен върху неелектропроводима основа. В този случай дълбочината на проникване на вихровите токове е необходимо да бъде по-голяма в сравнение с измерваното електропроводимо покритие. Възможно е измерване на покритите с дебелина от по-малко от микрон до няколко милиметра. Сред възможните комбинации е и електропроводимо неферомагнитно покритие върху електропроводима основа. Тук основно условие е дълбочината на проникване на вихровите токове да бъде по-голяма от дебелината на покритието, а разликата в електропроводимостта на материала на покритието и основния материал да бъде достатъчно голяма. С тези уреди се постига висока точност на измерване.

Подобно на магнитоиндуктивния метод, надеждността на метода на вихровите токове зависи от геометрията на детайла, както и от дебелината на покритието. Необходимо е предварително да е известен основният субстрат. Този метод не се препоръчва за измерване на немагнитни покрития върху магнитен субстрат като например стомана. Методът се счита за не особено надежден и при измерване на никелово покритие, нанесено върху алуминиева основа.

Характеристики на ултразвуковите дебеломери
Широко използван метод за безразрушително измерване дебелината на покрития е посредством ултразвукови дебеломери. Те са подходящи за измерване дебелината на покрития върху широк кръг от метални и неметални материали като различни метали, пластмаси, композити, фибростъкло, каремика, стъкло. Често с тях е възможно измерването на дебелината на отделните слоеве от покритието при многослойни покрития. Измерването е на база ултразвукови вълни, излъчвани от сондата към обекта на измерване. При достигане на субстрата, вълните се отразяват и се връщат обратно. Полученият сигнал обикновено се преобразува в високочестотен електрически сигнал.

Повечето ултразвукови измервания протичат при честота в диапазона от около 500 kHz докъм 20 MHz. Предлагат се и специализирани уреди, при които измерването се извършва и при много по-ниски или съответно високи честоти.

Добре е да се има предвид, че различните материали пропускат ултразвуковите вълни с различни скорости. Обикновено звуковите вълни преминават по-бързо през твърди материали и по-бавно през меки. Също така влияние върху скоростта оказва и температурата. Поради това е необходимо уредът да се калибрира съобразно условията на измерване. Върху точността на измерване влияние оказват и грапавостта на материала, затихването и разсейването на звуковия сигнал, кривината и т. н.

В съвременните условия възможните приложения на дебеломерите в рамките на едно производство не са малко, поради което изборът на точния уред, който да отговори на множество задачи, е от решаващо значение. Често използваните преносими уреди са оборудвани с вградени сонди или със сонди, свързани с уреда посредством кабел. Уредите с подвижни сонди предлагат по-голяма гъвкавост, а също така позволяват на потребителите да сменят сондата в бъдеще при промяна на приложението.

Много от преносимите уреди имат пълни статистически възможности - включително незабавно усредняване, високо / ниско и стандартно отклонение, които могат да бъдат свалени на компютър за детайлен контрол на процеса. Някои уреди дори отчитат дебелината и веднага изпращат измерените стойности към компютър чрез безжичен радиопредавател, което осигурява непосредствен достъп до данните.