Заказать звонок
Телефон для связи
Почтовый адрес
Пн-Пт 09:00-18:00
Время работы
Наш адрес в Москве. Работаем по всей России

Методы и средства контроля толщины покрытий

📅 2022-02-18 🙎 Максим Подгорнов
10 мин
4

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.

Процесс проведения измерений покрытий толщиномером NOVOTEST

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.

Наименование метода

Преимущества

Недостатки

Магнитный

  • Точность определения толщины покрытий из неферромагнитных материалов не зависит от электрических свойств последних;
  • Достаточно большая глубина проникания;
  • Односторонний доступ;
  • Безопасность контроля.
  • Влияние на результаты контроля магнитных свойств материала контролируемого изделия, которые определяются его химическим составом, термической и механической обработкой, намагниченностью изделия;
  • Зависимость результатов контроля от формы (кривизны) поверхности изделий, чистоты обработки их поверхности, проявления краевого эффекта;
  • Неприменимость метода для немагнитных материалов;
  • Необходимость повторной тарировки по эталонам толщины покрытий в случае применения другого сочетания материала покрытия и основания.

Электромагнитный

  • Высокая скорость измерения
  • Возможность одностороннего и бесконтактного доступа;
  • Возможность автоматизации;
  • Высокая локальность измерения;
  • Сравнительно простая приборная реализация;
  • Безопасность контроля.
  • Зависимость результатов от электропроводности и магнитной проницаемости материалов покрытия и подложки;
  • Влияние на результаты измерения температуры окружающей среды, формы объекта (кривизна, близость края), несплошностей (трещины или раковины), выступов, отверстий, пазов;
  • Неприменимость метода для токонепроводящих материалов.

Радиационный

  • Отсутствие необходимости непосредственного контакта с контролируемой деталью;
  • Длительный срок службы источников излучения;
  • Нечувствительность к изменениям электрических, магнитных и других свойств контролируемого изделия;
  • Низкая чувствительность к чистоте обработки поверхности;
  • Возможность контроля в процессе нанесения покрытий.
  • Необходимость тщательной и сравнительно сложной тарировки для каждой пары материалов основы и покрытия;
  • Необходимость соблюдения особых мер предосторожности при работе с радиоактивным изучением;
  • Длительность процесса измерения;
  • Сложность и высокая стоимость оборудования.

Электрический

  • Эффективны для измерения толщины металлических покрытий (например, никелевых) на сталях и других сплавах.
  • На результаты измерений существенное влияние оказывают трудноустранимые мешающие факторы (присутствие электромагнитных полей от работающих рядом генераторов и трансформаторов, недостаточное или отсутствующее заземление и т.п.), снижающие точность измерений и повышающие требования к создаваемой для контроля аппаратуре.

Радиоволновый

  • Результаты измерений при контроле диэлектрических покрытий не зависят от измерения электропроводности и магнитных свойств металлических оснований.
  • Влияние изменения диэлектрической проницаемости материала покрытий на точность измерений;
  • Не обеспечивают высокой локальности, что не позволяет их использовать для контроля малогабаритных деталей.

Оптический

     – Возможен контроль толщины прозрачных, а также тонких и сверхтонких покрытий.

– Большинство оптических методов вследствие их сложности и трудоемкости используют лишь в лабораторных условиях для выборочного контроля.

Тепловой

  • Возможен контроль толщины покрытий (например, никелевых) на сталях и других сплавах.
  • Низкая точность;
  • Неприменим для покрытий, стойких к нагреву.

Акустический

  • Возможен контроль толщины покрытий в процессе их нанесения.
  • Применим для «толстых» покрытий;
  • Применение затруднено для материалов, имеющих волокнистое, пористое или другое аналогичное строение.

Средства контроля толщины покрытий

Внешний вид прибора Константа К6ц.

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.

Пример измерений под микроскопом

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

0 комментариев
Межтекстовые Отзывы
Посмотреть все комментарии

    Остались вопросы? Наши специалисты помогут вам!






    защита от спама reCAPTCHA