涂魔師非接觸式測(cè)量鋅片涂層防腐蝕系統(tǒng)（達(dá)克羅）涂層厚度，增強(qiáng)防腐蝕保護(hù)性能

摘要： 現(xiàn)實(shí)中零部件的腐蝕現(xiàn)象是無可避免的，所以在使用壽命內(nèi)保證有足夠的防腐保護(hù)。其中涂層厚度是衡量金屬或非金屬防腐涂層質(zhì)量的主要參數(shù)，它也密切影響著零部件的功能特性和裝配尺寸。

       現(xiàn)實(shí)中零部件的腐蝕現(xiàn)象是無可避免的，所以在使用壽命內(nèi)保證有足夠的防腐保護(hù)。其中涂層厚度是衡量金屬或非金屬防腐涂層質(zhì)量的主要參數(shù)，它也密切影響著零部件的功能特性和裝配尺寸。

       鋅片涂層防腐蝕系統(tǒng)（達(dá)克羅）涂層（由知名Doerken MKS（德爾肯）公司提供）是一種常見的防腐蝕功能涂層。 鋅片涂層防腐蝕系統(tǒng)（達(dá)克羅）涂層屬于非電解涂層，它為零部件提供良好的防腐蝕保護(hù)。該涂層由片狀鋅粉和片狀鋁粉一同混合到無機(jī)基質(zhì)中組成（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 10683和歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 13858中定義）。片狀鋅基（達(dá)克羅）涂層包括底漆和面漆，底漆對(duì)于零部件起到高陰極腐蝕保護(hù)作用。鋅是一種廉價(jià)金屬，在自我腐蝕的同時(shí)很好保護(hù)了鋼不受腐蝕。一旦涂層被損壞，底漆中的鋅就會(huì)與水和氧氣發(fā)生接觸，起到自我犧牲保護(hù)鋼不被腐蝕的作用。

表1：鹽霧試驗(yàn)時(shí)間與涂層厚度對(duì)應(yīng)表

       面漆的作用是加強(qiáng)零部件的腐蝕保護(hù)和賦予涂層更多功能特性，如增加化學(xué)或機(jī)械阻力，著色或確定螺紋零件摩擦系數(shù)。片狀鋅基（達(dá)克羅）涂層厚度僅有8-20μm。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)DIN EN ISO 9227-NSS，該涂層能保護(hù)零部件在鹽霧試驗(yàn)中1000小時(shí)以上不受賤金屬(紅銹)的腐蝕。

圖1：涂層厚度為9μm的測(cè)試板：沒有經(jīng)過鹽霧腐蝕測(cè)試（左）和根據(jù)DIN EN ISO 9227-NSS標(biāo)準(zhǔn)鹽霧測(cè)試1200小時(shí)后（右）。右邊測(cè)試板沒有腐蝕現(xiàn)象。

       所需的涂層厚度需要由涂層系統(tǒng)和防腐蝕方法來確定。標(biāo)準(zhǔn)“DIN EN ISO 10683 Connecting elements - Non-electrolytically applied zinc flake coatings緊固件-非電解片狀鍍層” 說明了腐蝕保護(hù)與涂層厚度的關(guān)系(鹽霧試驗(yàn)時(shí)間，不出現(xiàn)紅銹)。不同涂層厚度的涂層測(cè)試板(圖1和圖2)表明了這種相關(guān)性。

圖2：涂層厚度為11μm的測(cè)試板：沒有經(jīng)過鹽霧腐蝕測(cè)試（左圖）和根據(jù)DIN EN ISO 9227-NSS鹽霧試驗(yàn)2500小時(shí)后(右圖)。右圖測(cè)試板沒有腐蝕現(xiàn)象。

      目前很多產(chǎn)品都需要進(jìn)行噴涂。通過噴涂或浸漬紡絲方式將合適粘度的原材料（類似于清漆）噴到底材上，且要控制濕膜厚度在合格范圍內(nèi)，最后通過烘干固化得到相應(yīng)的干膜。

       在噴涂工藝早期階段測(cè)量涂層厚度，可以穩(wěn)定工藝質(zhì)量和保證產(chǎn)品質(zhì)量。在理想情況下，人們希望有測(cè)厚設(shè)備能無損測(cè)量固化前后的涂層厚度，且要求測(cè)量可靠精準(zhǔn)，高重現(xiàn)性，簡(jiǎn)單和快速，它還應(yīng)該能測(cè)量彎曲表面涂層厚度，如螺絲的邊緣和角落部位。

       過往，人們普遍使用基于磁感應(yīng)原理的接觸式膜厚儀來測(cè)量涂層厚度，該技術(shù)需要將探頭手動(dòng)定位，探針內(nèi)部線圈的交流電根據(jù)金屬或磁性的基材發(fā)生衰減來估算涂層厚度。這種接觸測(cè)厚方法只能測(cè)量固化后的涂層厚度，基材表面的粗糙度也會(huì)影響測(cè)量結(jié)果，有可能出現(xiàn)較高的標(biāo)準(zhǔn)偏差。此外，這種測(cè)量方法也會(huì)受到零部件的幾何形狀和基材材料的限制，如不能放置探頭在彈簧絲或螺紋上、不適用于不銹鋼等基材。

圖3：涂魔師 Flex 適用于非接觸式無損測(cè)量濕膜或干膜狀態(tài)的涂層厚度

      為了彌補(bǔ)接觸式膜厚儀缺點(diǎn)，瑞士coatmaster AG公司研發(fā)了一種基于光熱原理（Advanced Thermal Optics）的測(cè)量設(shè)備。計(jì)算機(jī)控制光源對(duì)待測(cè)表面進(jìn)行短暫加熱，然后使用內(nèi)置的高速紅外傳感器無損記錄動(dòng)態(tài)溫度曲線，使用專門開發(fā)的算法來最終確定涂層厚度。

       由于涂魔師精準(zhǔn)測(cè)厚系統(tǒng)采用非接觸測(cè)量方式，用戶可以測(cè)量進(jìn)烤爐前的濕膜，實(shí)時(shí)得出干膜涂層厚度。該設(shè)備具有精度高和重復(fù)性好的產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)，有效協(xié)助操作人員實(shí)現(xiàn)檢查控制工藝過程。目前，涂魔師無損測(cè)量系統(tǒng)能直接投入到實(shí)際生產(chǎn)線中測(cè)量零部件涂層厚度，片狀鋅基（達(dá)克羅）涂層系統(tǒng)也包括在內(nèi)。手持非接觸式膜厚分析儀涂魔師 Flex現(xiàn)已正式推出了，為簡(jiǎn)便測(cè)量提供成熟精確的測(cè)量技術(shù)（圖3和圖4）。

       涂魔師非接觸式測(cè)厚設(shè)備的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)在于能測(cè)量固化前后的涂層厚度，在允許測(cè)量角度和距離內(nèi)能進(jìn)行精確無損的測(cè)量，也適用于彎曲，角落處等隱蔽部位。

圖4：重復(fù)測(cè)量固化后片狀鋅基（達(dá)克羅）涂層厚度

        將測(cè)厚設(shè)備直接集成在涂裝生產(chǎn)線上，可以監(jiān)控底漆和面漆的涂層厚度。通過顯微切片法得出涂層厚度，在涂魔師Flex中輸入該值對(duì)每種涂層材料進(jìn)行校準(zhǔn)，然后儲(chǔ)存校準(zhǔn)程序。這樣，涂魔師 Flex可以在1秒內(nèi)快速精準(zhǔn)測(cè)量涂層厚度。如果測(cè)量未固化涂層，它能實(shí)時(shí)得出固化后的干膜厚度。圖4為重復(fù)測(cè)量固化后鋅片的涂層厚度。

       位于Herdecke的Dorken MKS（德爾肯）技術(shù)中心進(jìn)行了一系列測(cè)試，證明涂魔師 Flex的精準(zhǔn)性和重復(fù)性。通過顯微切片法確定涂層厚度，對(duì)涂魔師 Flex進(jìn)行校準(zhǔn)(如圖5所示)。

圖5：用光學(xué)顯微鏡測(cè)量片狀鋅基（達(dá)克羅）涂層厚度

       比較兩種測(cè)量方法表明：無論是測(cè)量濕膜還是干膜，涂魔師 Flex與光學(xué)顯微鏡的涂層厚度測(cè)量結(jié)果基本吻合(圖6)。使用涂魔師 Flex測(cè)量液體油漆實(shí)驗(yàn)表明，測(cè)量與噴涂之間的時(shí)間間隔會(huì)影響測(cè)試結(jié)果(圖7)。例如，在噴涂該液體油漆后45秒時(shí)進(jìn)行校準(zhǔn)，如果在相同環(huán)境條件下在45秒后使用此應(yīng)用進(jìn)行測(cè)量，則測(cè)量數(shù)據(jù)將沒有偏差。由于溶劑蒸發(fā)程度的差異，如果在噴涂后0秒或90秒進(jìn)行測(cè)量，該油漆的最大偏差可達(dá)10%。為了達(dá)到最佳的測(cè)量精度，在校準(zhǔn)時(shí)，閃光校正與噴涂之間的時(shí)間間隔應(yīng)等于真正測(cè)量厚度時(shí)與噴涂的時(shí)間間隔。

圖6（1）：比較顯微鏡法和涂魔師Flex在干燥狀態(tài)下測(cè)量干膜厚度

圖6（2）：比較顯微鏡法和涂魔師Flex在干燥狀態(tài)下測(cè)量濕膜厚度

       兩種測(cè)量設(shè)備具有很高的相關(guān)性（R2 = 0.998）。顯微鏡測(cè)量法的標(biāo)準(zhǔn)誤差小于1.5 μm，涂魔師 Flex的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)誤差小于0.3 μm。

       在重復(fù)測(cè)量實(shí)驗(yàn)中，涂魔師 Flex的測(cè)量偏差小于0.3μm。涂魔師無損測(cè)厚技術(shù)可以測(cè)量零件固化前的涂層厚度，從而能在涂層烘干前的早期階段檢測(cè)涂層厚度并及時(shí)糾正工藝偏差。此外，它也能對(duì)干膜進(jìn)行精確且高重復(fù)性的測(cè)量，穩(wěn)定工藝和保證產(chǎn)品質(zhì)量。即使產(chǎn)品外形復(fù)雜或由各種基材的零件也能輕松測(cè)量。

圖7：使用涂魔師 Flex測(cè)量鋅片固化前底漆的涂層厚度的時(shí)間函數(shù)。

使用涂魔師 Flex測(cè)量片狀鋅基（達(dá)克羅）涂層發(fā)現(xiàn)，固化前底漆厚度隨時(shí)間變化而變化。由于溶劑的蒸發(fā)導(dǎo)致了涂層厚度發(fā)生變化。噴涂后45秒進(jìn)行校準(zhǔn)，可以使用相應(yīng)應(yīng)用程序在90秒內(nèi)精確得出干膜厚度，最大誤差為10％。

      考慮到涂魔師 Flex的上述優(yōu)勢(shì)，OberflachentechnikS. Scherdel GmbH＆Co. KG公司（噴涂DorkenMKS片狀鋅基（達(dá)克羅）涂層系統(tǒng)的噴涂設(shè)備）為了保證出貨產(chǎn)品質(zhì)量決定購買涂魔師 Flex。目前，該設(shè)備正在針對(duì)汽車行業(yè)的最終客戶進(jìn)行審批。

       DorkenMKS技術(shù)管理部的Tobias Kleyer：“有了涂魔師 Flex無損測(cè)厚分析儀，我們的客戶可以快速輕松監(jiān)控他們的噴涂工藝，這可以節(jié)省成本并確保產(chǎn)品質(zhì)量。因此，客戶對(duì)該設(shè)備十分滿意?！?/p>

       新版標(biāo)準(zhǔn)DIN ISO 2808中提及到了涂魔師測(cè)厚方法，它是涂層厚度測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)方法，這將進(jìn)一步簡(jiǎn)化其在實(shí)際噴涂中的使用。