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彩涂板涂層厚度測定方法研究
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彩涂板涂層厚度測定方法研究
0 引言
彩涂板作為一種廣泛應用于建筑、家電、交通運輸等行業的復合材料，既有金屬的機械強度和易成型等優點，又有有機涂層的裝飾性和耐腐蝕性的優點。彩涂板的涂層厚度將直接影響其加工和使用性能。涂層過薄，加工時極易劃傷涂層進而影響彩涂板的裝飾性和耐腐蝕性。對于過薄的涂層，即使能確保其加工時不被破壞，在使用時，其耐老化性和耐腐蝕性能也會大大降低［1］。但是，過厚的涂層又會造成彩涂板生產成本的增加，而且這也是產品質量過剩所造成的浪費。因此，對于彩涂板生產企業來說，準確測定和嚴格控制彩涂板的涂層厚度十分重要。本文對目前國際、國內已經和正在使用的測定涂層厚度的試驗方法進行了調查研究，針對不同類型的彩涂板提出了較合適的涂層厚度測定方法。
1 GB/T 13448—2006 方法
1.1 4 種涂層厚度檢測方法的比較
在GB/T 13448—2006《彩色涂層鋼板及鋼帶試驗方法》［2］中介紹了4 種彩涂板涂層厚度試驗方法：磁性測厚儀法、千分尺法、金相顯微鏡法和鉆孔破壞式顯微觀察法，其中金相顯微鏡法規定為仲裁方法。無論采用何種方法測定彩涂板的涂層厚度，彩涂板的基板和涂層都會直接影響測定結果。根據寶鋼多年的試驗經驗，這4 種方法的適用范圍、檢測精度和優缺點方面等的比較如表1 所示。
國標中涂層厚度檢測方法的比較
目前，我國彩涂板生產企業多采用千分尺法測定涂層厚度，而歐美企業則較多采用鉆孔破壞式顯微觀察法。造成這種差異的主要原因除國內人力成本低于歐美外，各種檢測方法本身的局限性也是主要原因。
1.2 基板的影響
彩涂板基板一般包括冷軋鋼板、電鍍鋅鋼板、熱鍍鋅鋼板和熱鍍鋁鋅鋼板。冷軋基板由于沒有鍍層，且生產工藝決定基板本身厚度和表面粗糙度的均勻性較好，因此無論采用哪種檢測方法，其涂層厚度的測定結果都比其他基板的檢測誤差小。有鍍層基板的厚度和表面粗糙度的波動決定了采用國標中磁性測厚儀法和千分尺法在進行單點厚度測定時，測定結果會受到較大影響。因為磁性測厚儀法先要測定涂鍍層總厚度，然后測定鍍層厚度；而千分尺法先要測定彩涂板總厚度，再測定基板厚度，這兩種方法的兩次分別測定厚度的操作無法確保測定位置在同一點上，因此都會受到基板和鍍層波動的影響，造成測定結果的波動，且厚度測定結果的波動與基板的波動成正比。金相顯微鏡法和DJH 法雖然能確保測定位置不變，但是由于基板的波動會造成檢測界面很難劃分清楚，從而也會影響單點測定結果的準確性。國標規定每個試樣以3 個點的平均值作為較終測定結果，但是由于單點測定結果本身的波動，因此采用平均值的方式也無法消除測定誤差。按照寶鋼的實
際檢測經驗，涂層厚度測定結果的離散性與基板波動的大小成正比。
1.3 涂層性能的影響
彩涂板涂層表面的粗糙度同樣也會影響國標中4種檢測方法的準確性，而涂層本身的彈性會影響磁性測厚儀法和千分尺法的測定準確性。這兩種方法都使用檢測探頭，探頭對涂層或基板壓下的程度會影響到每次測量所得的厚度，從而影響測定結果。隨著彩涂板產品品種的不斷豐富，涂層表面不再是單一的光滑表面效果，出現表面有不同紋理效果的產品，這類產品用磁性測厚儀法和千分尺法根本無法測定涂層厚度。因為其紋理的深度較少能達到5~10 μm，磁性測厚儀法和千分尺法測定時把紋理的深度都計為涂層厚度，產生很大的系統誤差。金相顯微鏡法和DJH法可以用來測定這類產品，但是由于紋理的不規則波動，使判定測量界面受人為因素影響很大，測定結果波動也較大。
1.4 測量面積的影響
檢測面積越大，其檢測結果的代表性就越好，檢測精度也會隨之提高。磁性測厚儀的檢測探頭直徑一般為1.5 mm，千分尺的檢測探頭直徑為6.3 mm，金相顯微鏡法的測量長度一般不會超過1 mm，而DJH 法的測量直徑一般也在1 mm 左右。因此在相同條件下，這4 種檢測方法中千分尺法測定結果波動較小。
1.5 測定精度及其優缺點分析
通過對這4 種方法的測定結果和操作經驗的長期積累，我們以90 g 熱鍍鋅基板的測定結果為例，分析4 種方法的測定精度和優缺點，如表2 所示。
國標中測定方法的精度及其優缺點
有鑒于上述原因，國內較多采用檢測精度較高且速度較快的千分尺法作為彩涂板涂層厚度的檢測方法。而國外由于基板波動較小，DJH 法的測定波動也就較小，因此較多采用受人為因素影響小的DJH 法。
2 國際、國內其他方法
國際和國內對涂層厚度的其他測量方法主要包括楔切法、厚度差測量法、稱重法、X 射線熒光法、β 射線反射法、磁性測量法及渦流測量法等。彩涂板國標中的磁性測厚儀屬磁性測量法，千分尺法屬厚度差測量法，鉆孔破壞式顯微觀察法屬于楔切法，金相顯微鏡法為仲裁試驗方法。稱重法操作十分繁瑣，不適用于快節奏的工廠試驗室；X 射線熒光法和β 射線反射法是通過對涂層中某一特征元素含量的測定來計算涂層厚度，對于彩涂板這種涂料配方不固定的樣品不適用。在對渦流測量法進行了調研和試驗操作后，發現目前測定彩涂板涂層厚度較準確也較簡便的是一種將磁性測量法和渦流測量法結合在一起的設備，通過組合探頭同時測定涂鍍層總厚度和鍍層厚度，計算得到涂層厚度。這種測定方法由于測定的是同一點的涂鍍層總厚度和鍍層厚度，從而避免了磁性測厚儀法所受到的鍍層波動的影響，測定結果的精度得到明顯提高。對于基板波動越小的試樣，其檢測精度越高，例如，冷軋板和電鍍鋅基板的彩涂板，其涂層厚度檢測精度可達0.5 μm。
3 結語
（1） 對于國內彩涂板目前的基板波動現狀來說，千分尺法為較佳方法，具有設備便宜、操作簡單、檢測精度較高的優點。其缺點為：對試驗人員的操作技能要求較高；對于涂層表面有紋理效果的產品不能檢測；檢測結果只能精確至整數位。
（2） 對于表面有紋理效果的彩涂板，DJH 法為較佳方法，具有操作方便、快速、可以分別測定界面清晰的各個涂層的優點。其缺點為：設備采購和運行成本較高；檢測結果受檢測人員主觀影響較大；測定結果受基板波動影響較大；不能用于檢測冷軋基板的彩涂板。
（3） 磁性- 渦流相位法測定涂鍍層厚度方法也是一種很好的方法，具有設備成本合理、操作簡單、快速、單點測定精度高（可精確至0.5 μm）的優點。其缺點是受基板表面的平整性和均勻性影響較大。
（3）按涂料種類分類；通常按用于制作有機涂層的涂料分類，有聚氯乙烯涂層鋼板、聚酯涂層鋼板、丙烯酸涂層鋼板、氟碳涂層鋼板、硅聚酯涂層鋼板等。
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