19. Контроль качества покрытий

Металлический и неметаллический слой, наносимый различными методами, обычно называют покрытием или плёнкой. Правильнее называть наносимый слой плёнкой, т.к. покрытие – это процесс нанесения плёнки. В соответствии с этим приборы для измерения толщин плёнок следует называть толщиномерами плёнок (покрытий).

Основной параметр, характеризующий плёнку, - толщина. Толщина плёнки – это расстояние по нормам между двумя плоскопараллельными поверхностями для идеальных плоских изделий. Для реальных плоских изделий, поверхности которых обычно имеют отклонение от плоскостности и параллельности, различную волнистость и шероховатость поверхности, правильно определять толщину плёнки как среднюю толщину hср. Средняя толщина плёнки – это среднее арифметическое расстояние между всеми точками поверхностей плёнки и подложки. Толщина плёнки hi в определённой точке – расстояние между определёнными точками поверхностей плёнки и подложки по нормам. (Подложка – основной материал детали, на который наносят покрытие).

При этом определении толщины плёнки неоднородностью толщины плёнки по поверхности является максимальная разность между толщиной в i-ой точке и средней толщиной, т.е. max, или разность между наибольшей и наименьшей толщинами. Соответственно для цилиндрических изделий толщину плёнки определяют как среднее между несколькими точками цилиндрической поверхности плёнки и подложки по нормам.

Погрешность результатов измерений при однократном измерении толщины плёнки с помощью толщиномеров плёнок оценивается пределом допускаемой основной погрешности, которая обычно выражается в процентах.

Толщину плёнки в определённой точке можно измерить с помощью тощиномеров, имеющих измерительные преобразователи с площадью контакта менее 1мм². Среднюю толщину плёнки можно измерять толщиномерами, имеющими измерительные преобразователи с помощью контакта в пределах 1 до 75мм² и более.

В соответствии с ГОСТ 3002-70 шероховатость поверхностей деталей, предназначенных для нанесения защитного покрытия, должна быть не ниже 4-го класса, для нанесения защитно-декоративного покрытия не ниже 6-го класса, для нанесения твёрдого и электроизоляционного анодированного покрытия не ниже 7-го класса (по ГОСТ 2789-59).

В ГОСТ 3002-70 указаны требования по толщине, внешнему виду, прочности сцепления, пористости, защитным свойствам для 27 видов покрытий (цинкового, кадмиевого, медного, никелевого, хромового, оловянного, свинцового, серебренного и др.).

19.1. Методы и средства измерения толщины плёнок (покрытий)

В соответствии с ГОСТ 16875-71 методы контроля толщины плёнок (покрытий) подразделяются на физические неразрушающие, физические разрушающие и химические.Неразрушающие методы в свою очередь делятся на прямые и косвенные.

В качестве толщиномеров для прямого измерения служат универсальные приборы, применяемые для линейных измерений и контроля шероховатости поверхности. Толщиномеры для прямого измерения используются в тех случаях, когда на подложке имеются места, не покрытые пленкой. При этои толщина измеряется непосредственно по ступеньке. Без ступеньки измерять толщину прямым методом можно только прозрачные пленки с помощью приборов для измерения шероховатости поверхности (ГОСТ 9847-61).

В качестве толщиномеров для косвенного измерения применяют приборы, действие которых зависит от измерения толщины пленки, а так же от свойств материалов пленки и подложки.

Наибольшее распространение получили толщиномеры, основные на магнитном, электромагнитном, индукционном, радиоактивном методах,а так же методе вихревых токов.

Магнитные толщиномеры.

Магнитные толщиномеры применяются для измерения толщины пленок из немагнитного материала, нанесенного на ферромагнитную подложку.

Магнитные толщиномеры подразделяются на отрывные с постоянным магнитом и отрывные с электромагнитом. Действие открытых толщиномеров с постоянным магнитом основано на зависимости между силой отрыва постоянного магнита, определяемой диаметром, и толщиной пленки. Действие отрывных толщиномеров с электромагнитом основано на зависимости между силой переменного тока, протекающего через катушку электромагнита в момент отрыва его сердечника от поверхности измеряемой пленки, и толщиной пленки.

Магнитные толщиномеры – наиболее простые из всех толщиномеров, и поэтому они получили широкое распространение при измерении изделий непосредственно в цеховых условиях.

Магнитный толщиномер покрытий МТ-101 предназначен для измерения толщины немагнитных покрытий (хром, медь, краска, эмаль, пластик и т.д.) на ферромагнитном основании. Прибор имеет режим "HOLD" - удержание последнего измеренного значения, а также автоматическое выключение питания через 20 минут (рис. 19.1).

Технические характеристики:

диапазон измеряемых толщин:10 - 2100 мкм;

основная погрешность: 5%;

питание:1 батарея типа "Крона'';

время непрерывной работы от одной батареи: 25 часов;

диапазон рабочих температур:0...40;

г абаритные размеры (без преобразователя):120x60x25 мм.

Рис.19.1. Магнитный толщиномер покрытий МТ-101

Рис.19.2. Магнитный толщиномер покрытий МТ-401

Магнитный толщиномер покрытий МТ-401 предназначен для измерения толщины немагнитных покрытий (хром, медь, краска, эмаль, пластик и т.д.) на ферромагнитном основании (рис 19.2).

Толщиномер имеет графический экран, память на 2000 значений (20 страниц по 100 значений), режим статистики по каждой страницы (min, max, среднее), измеренные значения могут передаваться в компьютер по интерфейсу RS-232. Позволяет вводить таблицы материалов пользователя

Технические характеристики:

диапазон измеряемых толщин:5 - 1100 мкм;

основная погрешность:3%;

питание:1 батарея типа "Крона'';

время непрерывной работы от одной батареи:25 часов;

диапазон рабочих температур:0...40;

габаритные размеры (без преобразователя):156x83x30 мм.

Индукционные толщиномеры.

Принцип действия этих приборов основан на измерении взаимоиндукции между первичной и вторичной обмотками чувствительного элемента измерительного преобразователя в зависимости от толщины плёнки. Приборы предназначаются для измерения толщин немагнитной или слабомагнитной плёнки на ферромагнитной подложке. Недостатком этих приборов, применяемых для автоматизированного и неавтоматизированного контроля, является относительно большая измерительная поверхность измерительного преобразователя. Поэтому на показание прибора сильно сказываются отклонения от правильной геометрической формы поверхности подложки, а также краевой эффект.

Индуктивные толщиномеры.

Принцип действия этих приборов основан на изменении индуктивного сопротивления катушки преобразователя зависимости от толщины плёнки. Эти приборы предназначаются для измерения толщины немагнитной или слабомагнитной плёнки на ферромагнитной подложке. Они также могут применяться для автоматизированного и неавтоматизированного контроля. На показания приборов сильно влияют изменения магнитной проницаемости подложки и расположения измерительного преобразователя.

Индукционные и индуктивные толщиномеры целесообразно применять для контроля немагнитных металлических и неметаллических плёнок (покрытий) на ферромагнитных подложках. Преимущества этих приборов заключается в наличии переносных преобразователей, позволяющих замерять толщину плёнки в труднодоступных местах и в отверстиях.

Токовихревые толщиномеры.

Принцип действия этих приборов основан на появлении вихревых токов в электропроводящем материале плёнки или подложки при переменном электромагнитном поле катушки индуктивности измерительного преобразователя.

Токовихревые толщиномеры состоят из высококачественного генератора, усилительных блоков и измерительного преобразователя, создающего направленное высокочастотное электромагнитное поле.

Н аиболее целесообразно применять эти приборы для измерения толщин немагнитных металлических, слабомагнитных (никелевых) и неметаллических плёнок (покрытий) нанесённых на диэлектрики. Токовихревые приборы являются переносными, поэтому ими удобно пользоваться в цеховых условиях.

Так как преобразователи у многих толщиномеров выносные то ими можно измерять толщины плёнок в труднодоступных местах и в отверстиях.

Диапазоны измерений толщин составляют 0-20000 мкм; погрешность измерения + (510)% недостаток этих толщиномеров состоит в индивидуальной градуировке прибора для определённого сочетания материалов плёнка и подложки.

Токовихревой толщиномер покрытий ВТ-201 (рис 19.3)предназначен для измерения толщины неметаллических покрытий (краска, эмаль, пластик и т.д.) на немагнитном основании (алюминий, медь, титан).

Прибор имеет режим "HOLD" - удержание последнего измеренного значения. Автоматическое выключение питания через 20 минут.

Технические характеристики:

диапазон измеряемых толщин:5 - 1100 мкм;

основная погрешность:3%;

питание:1 батарея типа "Крона'';

время непрерывной работы от одной батареи:25 часов;

диапазон рабочих температур:0...40;

габаритные размеры (без преобразователя):156x83x30 мм.

Радиоизотопные толщиномеры.

Принцип действия этих приборов основан на изменении интенсивности обратного рассеяния ядерных излучений от толщины плёнки. В качестве излучателя применяется мягкое бета – излучения, а приёмниками отражённого излучения служат ионизированные газоразрядные и сцинтиляционные счётчики.

Для обеспечения требуемой точности измерения с помощью радиоизотопных приборов необходимо, чтобы толщина подложки была больше толщины насыщения, а толщина плёнки (покрытия) менбше толшины насыщения, причём атомные номера материалов подложки и плёнки должны отличаться друг от друга более чем на 2-4 единицы.

Преимущества радиоизотопных толщиномеров: бесконтактность измерения, возможность измерения толщин большинства материалов на многих подложках, а так же автоматического измерения. Диапазон измерения приборов составляет 0-100 мкм, при этом погрешность измерения составляет 10%.

К недостаткам этих приборов относятся: необходимость градуировки для каждой пары материалов (плёнки и подложки), соблюдение особых мер предосторожности при работе с радиоактивными веществами.