Методы и средства контроля толщины покрытий

Введение

Использование неразрушающего контроля и технической диагностики приобретает все большее значение, особенно при производстве и эксплуатации дорогостоящих и наукоемких объектов. Вполне очевидно, что недостаточность контроля или его недостоверность могут приводить к значительным экономическим потерям, а в ряде случаев к серьезным авариям и экологическим катастрофам.

Качество изделий, надежность машин и механизмов зависит не только от физико-механических свойств применяемых материалов, но и от функциональных покрытий, показателями качества которых являются толщина и равномерность распределения на поверхности деталей. Неразрушающий контроль толщины покрытий, применяемых в промышленности, представляет определенные трудности, связанные как с физическими свойствами материалов в различных комбинациях «покрытие – подложка», так и с их толщинами.

Методы контроля толщины покрытий

1. Магнитные методы основаны на анализе взаимодействия магнитного поля с контролируемым объектом. Благодаря своей простоте они получили широкое применение в практике толщинометрии. Созданные на основе этих методов специализированные толщиномеры предназначены для контроля толщины немагнитных проводящих и диэлектрических порытий на изделиях из ферромагнитных сплавов в диапазоне толщин от 0 до 50 мкм и ферромагнитных покрытий (например, никелевых) в диапазоне толщин от 0 до 30 мкм. При контроле многослойных покрытий магнитные методы позволяют определять сумму толщин слоев.
2. Электромагнитные методы основаны на взаимодействии электромагнитного поля, создаваемого катушкой индуктивности преобразователя толщиномера, с электромагнитным полем вихревых токов, наводимых в контролируемом объекте. Они позволяют контролировать толщину однослойных покрытий при различных сочетаниях материалов покрытия и основы, за исключением случая диэлектрических покрытий на изделиях из диэлектриков. Эффективно применение электромагнитных методов для контроля тонких проводящих покрытий на изделиях из диэлектриков и диэлектрических покрытий – на изделиях из немагнитных сплавов. В настоящее время разработано много различных типов электромагнитных толщиномеров, предназначенных для контроля толщины анодных, лакокрасочных, пластмассовых и других диэлектрических покрытий на изделиях из немагнитных сплавов в диапазоне толщин от 0 до 50 мкм; проводящих покрытий на изделиях из диэлектриков в диапазоне толщин от 0 до 5 мкм; и тонких проводящих покрытий на изделиях из ферромагнитных и немагнитных сплавов в диапазоне толщин от 0 до 100 мкм.
3. Радиационные методы основаны на измерении параметров ионизирующего излучения, возникающего в результате взаимодействия первичного ионизирующего излучения с контролируемым материалом. Эти методы можно отнести к числу наиболее универсальных методов контроля толщины тонких покрытий. Они позволяют производить контроль практически при любых сочетаниях материалов покрытия и основания. Наиболее эффективно применение радиационных методов при контроле толщины покрытий в диапазоне от 0 до 100 мкм, особенно покрытий из драгоценных металлов на мелких изделиях.
4. Электрические методы основаны на регистрации электростатических полей и электрических параметров контролируемых изделий. Они могут быть использованы для контроля толщины однослойных проводящих и непроводящих покрытий на изделиях из проводников и диэлектриков при наличии разницы в проводимости, диэлектрической проницаемости или каких-либо других электрических свойств материалов покрытия и основания.
5. Радиоволновые методы заключаются в излучении сверхвысокочастотных электромагнитных колебаний (радиоволн, микроволн) и анализе отраженных волн. Они позволяют контролировать толщину диэлектрических слоев на металлическом основании, в том числе и в варианте, исключающем механический контакт измерительного преобразователя с контролируемой поверхностью, в широком диапазоне толщин от 1 до 500 мм, а также тонких пленок на изделиях из диэлектриков и полупроводников. При контроле толщины диэлектрических покрытий в диапазоне от 0 до 10 мм они уступают по точности измерений и удобству контроля магнитным и электромагнитным методам. Таким образом, радиоволновые методы целесообразно использовать для контроля толстослойных диэлектрических покрытий, а также при решении некоторых специальных задач.
6. Оптические методы контроля основаны на взаимодействии светового излучения с контролируемым изделием. Они предназначены главным образом для контроля толщины прозрачных, а также тонких и сверхтонких покрытий (с помощью интерференционных и эллипсометрических устройств). При этом интерференционные методы могут быть использованы для контроля толщины покрытий в диапазоне от долей микрометров до нескольких десятков микрометров, а эллипсометрические методы от тысячных долей микрометра до нескольких микрометров.
7. Тепловые методы контроля основаны на измерении теплопроводности покрытия в зависимости от его толщины и физико-химических характеристик. Они используются в тех случаях, когда существенно отличаются теплопроводность, теплоемкость или другие теплотехнические свойства материалов покрытия и основания. Для испытаний используются радиационные пирометры, тепловизоры и другая аппаратура общего назначения.
8. Акустические методы основаны на поглощении звуковых и ультразвуковых волн в материале покрытия. Они используются в тех случаях, когда материалы покрытия и основания существенно отличаются по величине акустического сопротивления или степени поглощения звука. Акустические методы в практике толщинометрии покрытий используются редко, главным образом для решения специальных задач. До настоящего времени толщиномеры для контроля покрытий этими методами не выпускались, и поэтому для испытаний используются ультразвуковые толщиномеры и другая дефектоскопическая аппаратура.

Приведем и сравним преимущества и недостатки данных методов (таблица 2.1).

Таблица 2.1. Преимущества и недостатки методов контроля толщины покрытий.

Средства контроля толщины покрытий

В основу работы прибора положены вихретоковый фазовый, вихретоковый параметрический (частотный) и импульсный магнитоиндукционный методы получения первичной информации. Измерение толщины напыленных металлических, гальванических, лакокрасочных и др. неферромагнитных покрытий.

Результаты измерений отображаются на TFT индикаторе.

На практике прибор Константа К6ц с датчиком ИД-2 отлично себя зарекомендовал для измерения толщин лакокрасочных и огнезащитных покрытий.

Измерения толщин защитных покрытий согласно ГОСТ Р 59637-2021 допускается проводить при помощи штангенциркуля, линейки, микрометра, игольчатого щупа с линейкой и другим подобным поверенным измерительным инструментом. А в случае покрытия, нанесенного на деревянную конструкцию, отбираются пробы толщиной более толщины защитной пропитки и измерения проводятся на срезе под микроскопом с микрометрической измерительной шкалой.

Заключение

Для контроля толщин защитных покрытий используются разнообразные способы и приборы, но для соблюдения всех нормативов при проведении измерений рекомендуем обращаться к специалистам, которые знают своё дело, всегда смогут проконсультировать и как итог предоставят протокол измерений, соответствующий действующим ГОСТ и СП, а также сопутствующие поверки на оборудование и разрешения.

Автор: Максим Подгорнов, специалист по дорожному строительству