Магнитные толщиномеры на извлечении

В магнитных манометрах используются постоянный магнит, калиброванная пружина и градуированная шкала. Притяжение между магнитом и магнитной сталью сближает их. По мере того, как толщина разделяющего их покрытия увеличивается, становится легче вытащить магнит. Толщина покрытия определяется путем измерения силы отрыва. Более тонкие покрытия будут иметь более сильное магнитное притяжение, тогда как более толстые пленки будут иметь сравнительно меньшее магнитное притяжение. При испытании магнитными датчиками учитываются шероховатость, кривизна поверхности, толщина подложки и состав металлического сплава .

Магнитные манометры прочны, просты, недороги, портативны и обычно не требуют калибровки. Они являются хорошей и недорогой альтернативой в ситуациях, когда для обеспечения качества требуется всего несколько показаний во время производства.

Измерительные приборы обычно представляют собой модели карандашного типа или модели со шкалой отката. В моделях манометров карандашного типа (рис. 1) используется магнит, закрепленный на винтовой пружине, которая работает перпендикулярно поверхности с покрытием. Большинство измерительных приборов карандашного типа имеют большие магниты и предназначены для работы только в одном или двух положениях, которые частично компенсируют силу тяжести. Доступны более точные версии с крошечными точными магнитами для измерения на маленьких, горячих или труднодоступных поверхностях. Тройной индикатор обеспечивает точные измерения, когда датчик направлен вниз, вверх или горизонтально с допуском ± 10%.

Рис. 1. Магнитный толщиномер карандашного типа.

Рис. 1. Магнитный толщиномер карандашного типа.

Модели со шкалой отката (рис. 2) являются наиболее распространенной формой магнитных манометров. Магнит прикреплен к одному концу поворотного уравновешенного рычага и соединен с калиброванной спиралью. Вращая циферблат пальцем, пружина увеличивает силу магнита и оттягивает его от поверхности. Эти датчики просты в использовании и имеют сбалансированную руку, которая позволяет им работать в любом положении, независимо от силы тяжести. Они безопасны во взрывоопасных средах и обычно используются подрядчиками по окраске и небольшими операциями по нанесению порошкового покрытия. Типичный допуск составляет ± 5%.

Рисунок 2. Магнитный толщиномер с откатной шкалой.

Рисунок 2. Магнитный толщиномер с откатной шкалой.

Приборы для магнитной и электромагнитной индукции

В приборах магнитной индукции (рис. 3) в качестве источника магнитного поля используется постоянный магнит. Генератор на эффекте Холла или магниторезистор используется для измерения плотности магнитного потока на полюсе магнита. В приборах электромагнитной индукции используется переменное магнитное поле. Мягкий ферромагнитный стержень, намотанный на катушку из тонкой проволоки, используется для создания магнитного поля. Вторая катушка с проволокой используется для обнаружения изменений магнитного потока.

Эти электронные приборы измеряют изменение плотности магнитного потока на поверхности магнитного зонда, когда он приближается к стальной поверхности. Величина плотности потока на поверхности зонда напрямую связана с расстоянием от стальной подложки. Путем измерения плотности потока можно определить толщину покрытия.

Рисунок 3. Электронные магнитоиндукционные толщиномеры.

Рисунок 3. Электронные магнитоиндукционные толщиномеры.

Электронные магнитные датчики бывают разных форм и размеров. Они обычно используют зонд постоянного давления для получения согласованных показаний, на которые не влияют разные операторы. Показания отображаются на жидкокристаллическом дисплее (LCD). У них могут быть опции для сохранения результатов измерений, выполнения мгновенного анализа показаний и вывода результатов на принтер или компьютер для дальнейшего изучения. Типичный допуск составляет ± 1%.

Для получения наиболее точных результатов необходимо тщательно соблюдать инструкции производителя. Стандартные методы испытаний доступны в ASTM D7091 , ISO 2178 и ISO 2808 .

Вихретоковые толщиномеры

Вихретоковые методы используются для неразрушающего измерения толщины непроводящих покрытий на подложках из цветных металлов. Катушка из тонкой проволоки, по которой проводится высокочастотный переменный ток (выше 1 МГц), используется для создания переменного магнитного поля на поверхности зонда прибора. Когда зонд подносится к проводящей поверхности, переменное магнитное поле создает вихревые токи на поверхности. Характеристики подложки и расстояние от датчика до подложки (толщина покрытия) влияют на величину вихревых токов. Вихревые токи создают собственное противоположное электромагнитное поле, которое может восприниматься возбуждающей катушкой или второй соседней катушкой.

Вихретоковые датчики толщины покрытия выглядят и работают как электронные магнитные датчики. Они используются для измерения толщины покрытия на всех цветных металлах. Как и в магнитно-электронных датчиках, они обычно используют датчик постоянного давления и отображают результаты на ЖК-дисплее. Они также могут иметь опции для сохранения результатов измерений или выполнения мгновенного анализа показаний и вывода на принтер или компьютер для дальнейшего изучения. Типичный допуск составляет ± 1%. Тестирование зависит от шероховатости поверхности, кривизны, толщины подложки, типа металлической подложки и расстояния от края.

Стандартные методы применения и проведения этого теста доступны в ASTM B244 и ISO 2360 .

В настоящее время датчики обычно объединяют в себе принципы магнитного и вихретокового измерения. Некоторые упрощают задачу измерения большинства покрытий на любом металле за счет автоматического переключения с одного принципа работы на другой в зависимости от подложки. Эти комбинированные устройства популярны у маляров и мастеров порошкового покрытия.

Ультразвуковые толщиномеры

Ультразвуковой импульс-эхо методика ультразвуковых толщиномеров используется для измерения толщины покрытий на неметаллических подложках (пластик, дерево, и т.д.) без повреждения покрытия.

Рисунок 4. Ультразвуковой датчик может измерять толщину покрытий на неметаллических подложках.

Рисунок 4. Ультразвуковой датчик может измерять толщину покрытий на неметаллических подложках.

Зонд прибора содержит ультразвуковой преобразователь, который посылает импульс через покрытие. Импульс отражается от подложки к датчику и преобразуется в высокочастотный электрический сигнал. Форма эхо-сигнала оцифровывается и анализируется для определения толщины покрытия. В некоторых случаях можно измерить отдельные слои в многослойной системе.

Типичный допуск для этого устройства составляет ± 3%. Стандартные методы применения и выполнения этого теста доступны в ASTM D6132 .

Толщиномеры микрометрические

Иногда для проверки толщины покрытия используются микрометры. Их преимущество заключается в измерении любой комбинации покрытия / подложки, но недостатком является необходимость доступа к голой подложке. Требование касаться как поверхности покрытия, так и нижней стороны подложки может быть ограничивающим, и они часто недостаточно чувствительны для измерения тонких покрытий.

Необходимо провести два измерения: одно с нанесенным покрытием, а другое - без покрытия. Разница между двумя показаниями, изменение высоты, принимается за толщину покрытия. На шероховатых поверхностях микрометрами измеряют толщину покрытия выше наивысшего пика.

Разрушающие испытания

Один из методов разрушения толщины - разрезать покрытую часть в поперечном сечении и измерить толщину пленки, наблюдая срез под микроскопом. Другой метод поперечного сечения использует масштабированный микроскоп для просмотра геометрического разреза через покрытие из сухой пленки. С помощью специального режущего инструмента сделайте небольшую точную V-образную канавку через покрытие в основу. Доступны датчики с режущими наконечниками и увеличительной лупой с подсветкой.

Хотя принципы этого разрушающего метода легко понять, существуют возможности для погрешности измерения. Подготовка образца и интерпретация результатов требуют умения. Настройка измерительной сетки на неровный или нечеткий интерфейс может привести к неточности, особенно между разными операторами. Этот метод используется, когда недоступны недорогие неразрушающие методы, или как способ подтверждения неразрушающих результатов. ASTM D4138 описывает стандартный метод для этой системы измерения.

Гравиметрические толщиномеры

Толщина покрытия может быть определена путем измерения массы и площади покрытия. Самый простой метод - взвесить деталь до и после нанесения покрытия. После определения массы и площади толщина рассчитывается по следующему уравнению:

Т = (м x 10) / (A xd)

где T - толщина в микрометрах, m - масса покрытия в миллиграммах, A - испытанная площадь в квадратных сантиметрах, а d - плотность в граммах на кубический сантиметр.

Трудно связать массу покрытия с толщиной, когда основа шероховатая или покрытие неровное. Лаборатории лучше всего оснащены для того, чтобы справиться с этим трудоемким и часто разрушительным методом.

Измерение толщины перед отверждением

Измерители толщины влажной пленки (WFT) помогают определить, сколько материала следует наносить во влажном состоянии для достижения заданной толщины сухой пленки, при условии, что процент твердых веществ по объему известен. Они измеряют все типы влажных органических покрытий, таких как краска, лак и лак на плоских или изогнутых гладких поверхностях.

Измерение толщины мокрой пленки во время нанесения указывает на необходимость немедленной коррекции и регулировки аппликатором. Коррекция пленки после ее высыхания или химического отверждения требует дорогостоящего дополнительного рабочего времени, может привести к загрязнению пленки и может вызвать проблемы с адгезией покрытия и целостностью системы покрытия.

Уравнения для определения правильной толщины мокрой пленки (WFT), как с разбавителем, так и без него, следующие:

Без разбавителя:

WFT = (желаемая толщина сухой пленки) / (% твердых веществ по объему)

С разбавителем:

WFT = (желаемая толщина сухой пленки /% твердых веществ по объему) / (100% +% разбавителя)

Мокрая пленка чаще всего измеряется гребнем или колесом для мокрой пленки. Гребень для влажной пленки представляет собой плоскую пластину из алюминия, пластика или нержавеющей стали с калиброванными выемками по краям каждой стороны. Измерительный прибор плотно укладывают на измеряемую поверхность сразу после нанесения покрытия, а затем снимают. Толщина мокрой пленки находится между самой высокой выемкой с покрытием и следующей выемкой без покрытия. Измерения с надрезом не являются ни точными, ни чувствительными, но они полезны для определения приблизительной толщины влажной пленки покрытий на изделиях, размер и форма которых не позволяют использовать более точные методы. (См. ASTM D1212 .)

Измеритель следует использовать на гладких поверхностях, на которых нет неровностей, и использовать его по длине, а не по ширине изогнутых поверхностей. Использование измерителя влажной пленки на быстросохнущих покрытиях приведет к неточным измерениям. ASTM D4414 описывает стандартный метод измерения толщины мокрой пленки с помощью насечных щупов .

В колесе с мокрой пленкой (эксцентриковый ролик) используются три диска. Калибр катится во влажной пленке до тех пор, пока центральный диск не коснется влажной пленки. Точка соприкосновения обеспечивает толщину мокрой пленки. Порошковые покрытия можно измерить до отверждения с помощью простой ручной гребенки или ультразвукового датчика. Гребенка для незатвердевшей порошковой пленки работает так же, как и измеритель влажной пленки. Гребень протягивается через порошковую пленку, и толщина лежит между зубом с самым высоким номером, который оставил отметку и на который прилипает порошок, и следующим высшим зубом, который не оставил следов и на котором не прилипал порошок. Эти датчики относительно недорогие, их точность составляет ± 5 мм. Они подходят только в качестве ориентира, так как затвердевшая пленка может измениться после растекания. Следы, оставленные калибром, могут повлиять на характеристики застывшей пленки.

Ультразвуковое устройство можно использовать неразрушающим методом на неотвержденном порошке на гладких металлических поверхностях для прогнозирования толщины отвержденной пленки. Датчик располагается на небольшом расстоянии от измеряемой поверхности, и показания отображаются на ЖК-дисплее устройства. Погрешность измерения ± 5 мм.

Стандарты толщины покрытия

Измерители толщины покрытия откалиброваны в соответствии с известными стандартами толщины. Существует множество источников эталонов толщины, но лучше убедиться, что они прослеживаются до национального измерительного института, такого как NIST (Национальный институт стандартов и технологий) . Также важно убедиться, что эталоны как минимум в четыре раза точнее, чем калибр, который они будут использовать для калибровки. Регулярная проверка соответствия этим стандартам подтверждает правильность работы манометра. Если показания не соответствуют спецификации точности манометра, манометр необходимо отрегулировать или отремонтировать, а затем снова откалибровать.

Резюме

Толщина пленки в покрытиях может иметь большое влияние на стоимость и качество. Измерение толщины пленки должно быть обычным делом для всех нанесения покрытий. Правильный калибр для использования зависит от диапазона толщины покрытия, формы и типа подложки, стоимости калибра и того, насколько важно получить точное измерение.

**

Эта статья изначально появилась на DeFelsko.com.