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準確也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。

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上海志辰實業有限公司 張振興 
彩涂卷是以熱鍍鋅板、熱鍍鋁鋅板、電鍍鋅板等為基板，經表面預處理（化學脫脂及化學轉化處理）之后，在表面涂敷一層或幾層有機涂料，隨后經過烘烤固化而成的產品。也因涂有各種不同顏色的有機涂料彩色鋼卷板由此得名...
    彩涂卷是以熱鍍鋅板、熱鍍鋁鋅板、電鍍鋅板等為基板，經表面預處理（化學脫脂及化學轉化處理）之后，在表面涂敷一層或幾層有機涂料，隨后經過烘烤固化而成的產品。也因涂有各種不同顏色的有機涂料彩色鋼卷板由此得名，簡稱彩涂卷。使用熱鍍鋅鋼帶為基材的彩色涂層鋼帶除有鋅層保護外，鋅層上的有機涂料起了覆蓋和保護作用，防止鋼帶生銹，使用壽命比鍍鋅帶長，約1.5倍
常見的二涂二烘型連續彩色涂層機組工藝流程主要生產工序為：開卷機-------縫合機------壓輥------漲力機----開卷活套-----堿洗脫脂------清洗----烘干-------鈍化-------烘干------初涂-------初涂烘干------面漆精涂------面漆烘干------風冷降溫------收卷活套-----收卷機-----（下卷打包入庫）。
工藝流程簡介說明，下面我一一介紹有關各個階段的性能以及工藝性能的主要性介紹給大家。
1：開卷機：它的要任務就是負責把開卷的基板根據變頻工作頻率穩定的輸送。
2：縫合機：主要的是用來板帶的街頭縫合保證生產穩定運行。
3：漲力機：是有效的漲力拉力系統，漲力的來源于生產線的速度差產生的，作用是保證鋼板平穩運行，不托爐底避免鋼板劃傷。
4：開卷活套：開卷活套的作用保證生產的板帶延續，因為在接板帶時活套的富裕板帶保證給予接帶提供有效的充足時間。
5：堿洗脫脂：是清洗基板的油污以及雜質，保證板面清潔，為涂漆的后期工藝作基礎。
6：清洗：脫脂之后由于板面留存的殘液必須清水清洗保證沒有殘液留存，為產品的質量后期工作作準備。
7：烘干：清洗完畢之后就是烘干爐，為第一次初涂作準備。
8：初涂：底漆、背漆的初涂工藝就在本站完成。
9：烘干：初涂完畢之后立即進入烘干爐完成固化以及烘干工藝，本步驟的溫度速度很是重要，為下一步的面漆精涂做好準備。
10：面漆精涂：本站是彩鋼板面漆的主色的完成后一站，根據客戶的要求以及生產要求完成任務。
11：烘干：面漆涂完之后進入烘干爐完成產品的工藝主要流程部分。
12：風冷降溫：由于產品從烘干爐出來的時候溫度很高，為了達到收卷溫度必須風冷降溫或者水冷降溫同時進行，達到收卷溫度不超過：40℃。
13：收卷活套：作用主要是為了保證收卷機的下卷工作保證有效時間。
14：收卷機：根據電子探頭的收卷信號保證鋼卷齊邊收卷，達到行業出廠質量要求。
15: 漲力：漲力系統他是根據各個不同的漲力機電機的變頻電流產生的速度差而產生的漲力原理能把各個漲力之間的板材拉緊而產生的漲力。
16：糾偏機：他的主要功能就是糾正板型不好的板材預防在設備之間以及鋼輥跑偏，影響生產質量以及速度。
17：鈍化：鈍化目前中小型企業應用的還是有鉻鈍化，從應用范圍來講鈍化有很多種：有鉻、無鉻、耐指紋、環保無鉻鈍化等等。這要根據客戶的消費檔次以及需求來斷定。
18：噴碼機：它主要是為了區別產品的生產日期以及廠家的代號鑒別，有賴于廠家格根據本信息來處理質量異議，起到一部分作用。
19：冷卻：目前大型企業應用的是風冷降溫技術，這樣的降溫技術有益于提高彩鋼板的實際壽命以及應用質量，水冷存在很多的不利因素板材壽命降低。
20：收卷機：收卷機的鎖套分：有縫與無縫之分，當然無縫收卷機對于產品的防護是一個優秀的佳選擇。

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寶鋼HDP耐候性彩色涂層鋼板。什么是寶鋼耐候性彩鋼板：耐候性HDP彩鋼板是指彩板的烤漆涂層對于惡劣的氣候條件，例如晝夜溫差大、大風、日照時間長等氣候條件具有比普通涂層更好的適應效果和使用時間，主要是通過在烤漆成分里添加耐候因子增加油漆的穩定性和抗腐蝕能力，寶鋼耐候性彩鋼板由寶鋼股份出具15年質保，質保內容規定了15年內彩板的色差變化范圍、粉化率，并保證不會產生起皮和脫落的現象，案例證明，寶鋼的耐候性彩鋼板在惡劣的條件下具有很好的使用表現，并且可以達到15年的質保內容。
寶鋼彩鋼板烤漆分類：一般的建筑用彩涂烤漆分類可以分為四種，從普通聚酯PE開始，依次是硅改性聚酯SMP、高耐候性聚酯HDP和聚偏氟乙烯PVDF，質量和價格依次遞增。其他特殊用途的彩鋼板，可針對具體使用環境進行烤漆涂層的調制，比如適用于家電和電子廠的抗靜電彩涂、適用于灰塵和風沙較大地區的自清潔彩涂等；
上海志辰實業有限公司 寶鋼HDP耐候性彩色涂層鋼板的抗腐蝕原理：
彩板從外向里的結構分別是涂層-鍍層-鋼板，安裝使用過后先從涂層開始損壞，損壞過程是膜厚變薄、涂層出現粉化-涂層開始脫落； 鍍層在涂層出現損壞后和空氣開始接觸產生氧化，氧化物質會對鋼板進行二次保護，當鍍層失去作用之后，鋼板就會產生快速腐蝕，直至損壞。
一方面寶鋼耐候性彩鋼板通過提高表面烤漆涂層的質量，即添加耐候分子增加整體的抗腐蝕能力和提高使用時間；另一方面寶鋼彩鋼板采用的是高膜厚≥20μm，高鍍層的技術指標，對產品質量進行嚴格管控，同時采用高品質的涂料，大大的增加了彩板的使用年限。        
寶鋼耐候性HDP彩鋼板訂貨須知：
上海志辰實業有限公司 作為用戶在訂購寶鋼彩板材料時均需要告知供貨商詳細的材料參數，好是有相應圖紙，避免應供貨不當造成的后期不必要的損失和麻煩。一般材料參數包括以下幾點:
規格：產品規格是首要的必須告知，彩板規格單位一般用毫米（mm）表示，格式為厚度寬度C。C表示材料形狀為卷狀，彩板的交貨方式很少為板狀交貨，都是以卷包裝直接交付給客戶使用；
顏色：彩涂卷的顏色使是在防腐蝕油漆里添加顏料而形成，原則上各種顏色均可以通過顏料成分配比的調整而制作出來，用戶在訂做彩卷時要告知供貨商具體顏色，可用色號代碼（各種色系均可）、具體樣板或者其他可準確參考的標的進行表示，對于用戶自己都不確定的顏色，供貨商可根據實際情況提供顏色樣板供用戶選擇；
油漆：漆層是直接和大氣接觸的，道防腐蝕防線。漆層的質量好壞會直接影響到彩板的美觀年限和使用年限。目前常用的漆層種類有四種，分為普通聚酯PE、硅改性聚酯SMP、高耐候HDP和氟碳PVDF。其他諸如自潔、抗靜電等涂層也可以訂制。用戶訂貨時需告知供貨商需要哪種漆層的彩涂板；
鋅層：鋅層介于漆層和冷軋板之間，是對于冷軋鋼板的后一層也是直接的一層防護，在漆層有破損或者失去作用時對鋼板進行保護。鋅層分為純鋅層和鍍鋁鋅層兩種，兩者在防腐蝕效果上各有優劣，用戶可根據實際使用情況進行選擇。用戶在訂貨時需要告知供貨商鋅層含量的要求，寶鋼彩板的鋅層要求是鍍鋅120克和鍍鋁鋅100克。
寶鋼彩鋼板結構用途牌號解析：
TDC51D ： 一般建筑用，屈服強度為普通強度，生產過程中對強度無控制；
TS250GD：結構用鋼材，一般專指鍍鋁鋅基板，中間值表示鋼板的低屈服值，實際強度≥250MPa；
TS280GD：結構用鋼材，一般專指熱鍍鋅基板，實際屈服強度值≥280MPa，無梁拱常用；
TS300GD：結構用鋼材，一般專指鍍鋁鋅基板，實際屈服強度值≥300MPa；
TS350GD：高強度鋼材，用于大跨度或者高承載性能的建筑，實際屈服強度值≥350MPa,400MPa左右；
TS550GD：高強度鋼材，使用概率較低，實際屈服強度值≥550MPa,600MPa左右。
寶鋼高強度彩鋼板的價格區分：
TDC51D牌號價格，應用范圍也廣；
上海志辰實業有限公司 鍍鋁鋅基板：250、300屈服的價格要高出普通牌號約240元/噸；350和550屈服強度價格要高出普通牌號約300元/噸；
上海志辰實業有限公司 熱鍍鋅基板：280MPa屈服強度的價格要高出普通牌號約240元./噸，350和550屈服強度的價格要高出普通牌號約350元/噸。

不同地區彩涂鋼板的選擇主要考慮的是當地的風雪載荷以及腐蝕環境。風雪載荷主要是考慮建筑物的安全系數，這盡管和彩涂鋼板的力學性能有關，但更多的和壓型鋼板的板形、厚度以及板與板之間的連接有關。而定量描述一個地區的腐蝕環境相對困難，影響彩涂鋼板的腐蝕因素有很多。如:溫度、濕度、晝夜溫差、日照時間和日照強度、降雨量和降雨的酸度、風向和風速、腐蝕性沉降物等。


● 彩涂鋼板抗腐蝕影響的要素

它們分別為涂料種類、涂料厚度、涂料供應商、鍍層種類、鍍層厚度、預處理種類、鋼板厚度、涂層結構等。



● 施工設計對腐蝕的影響

安裝或加工質量：它主要體現在加工時涂層是否損壞，是否在低溫下涂層脆性時加工，安裝時拖動鋼板導致損傷，安裝時結構焊接鐵屑掉落在涂層上，施工完畢不對屋面板進行清掃等，這樣都會引起材料的腐蝕。


從上面這么多對彩涂鋼板腐蝕因素的介紹，以及我們用戶使用情況反饋和暴曬試驗結果分析，我們對不同地區的使用建議如下：


在紫外線強烈的高原（西南和西北）和低緯度地區（廣東及以南地區）考慮彩涂鋼板應該選擇耐久性優越的涂層（PVDF涂層、HDP涂層、SMP涂層等），在高溫高濕地區（南方沿海大部分地方）涂層及鍍層都要選擇耐腐蝕優越的材料，鍍層厚度和涂層厚度至少要達到國家標準要求。


在海邊使用彩涂鋼板，需要厚涂層的彩涂鋼板或者涂層相對致密的涂料品種，因為海水中的氯離子滲透能力很強，它能透過薄涂層或者不致密的涂層直接腐蝕基體鍍層，當然，基板必須是鍍鋅或鍍鋁鋅材料。在海水能濺到的地方，不建議采用彩涂鋼板。



在工業性環境中，對彩涂的影響主要是酸雨，這些區域集中在湖南、重慶、江西等一帶，聯系采用高鋅層鍍鋅基板的彩涂，彩涂層還是要求厚而致密。在其他不屬于上述地區，用彩涂鋼板的選擇余地就比較大，只要符合彩涂國家標準就可以了。



二、使用環境的影響(不同行業)

不同行業對彩涂鋼板的使用分兩方面來分析，其一就是彩涂鋼板的外板，正常情況下就按不同地區選擇就行了，但也要考慮小環境的影響，即是否在附近有腐蝕介質落到廠房圍護結構上，如燒鍋爐排放的氣體、二氧化硫灰塵等，這在設計時應該考慮煙囪的高度和當地的主要風向等。另外，還有就是廠房密封性如何，也有可能廠房內高溫高濕

帶腐蝕性的氣體冒出來在室外遇冷空氣從而在彩涂鋼板上結露，這種現象要避免，它會加速局部腐蝕的產生；其二是考慮彩涂鋼板的內板（雙層復合鋼板）或背面漆（單層板）。這里要說明的就是相對來說屋面內板比墻面內板更容易腐蝕，如果工人能在該環境下工作，使用彩涂鋼板是可以的。但室內環境的好壞或環保裝置的投入會直接影響

到彩涂鋼板的使用壽命。


有色金屬冶煉廠（銅、鋅、鋁、鉛等）是挑戰彩涂鋼板使用年限的。但是合理的選擇材料、設計、以及環保投入等能保證或提高彩涂鋼板的使用壽命。10年進行更換或維護是能做到的。鋼鐵廠、發電廠等也會產生腐蝕性的介質，但彩涂鋼板都有長時間使用的經驗。

機械制造業（汽車、汽輪機、機床等）基本上不會對彩涂腐蝕帶來負面影響，但要注意這些行業可能有熱處理爐、鍋爐等也會影響到局部環境，處理不好會帶來彩涂鋼板的腐蝕，尤其在加工損傷處或切邊處。

倉儲物流這個行業發展較快，使用輕鋼也多，本身不對彩涂板產生腐蝕，它對彩涂鋼板的選擇主要考慮大環境的影響，一般這樣的工程都集中在工業發達及交通繁忙的地方，也就是工業環境以及沿海地區。

公用及民用建筑美觀、經久耐用是彩涂鋼板首要考慮的因素。因此，涂層抗變色、抗粉化以及涂層表面完整細膩就相當重要。公用及民用建筑關注的人多，且近距離，因此，涂料選擇一般采用PVDF或HDP，并且多選擇淺顏色。
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