Контроль металлических и других неорганических покрытий на металлической основе

Контроль металлических и других неорганических покрытий на металлической основе

Введение
Качество металлических и неорганических покрытий, наносимых на металлические изделия, является критически важным фактором, определяющим их эксплуатационные характеристики, долговечность и внешний вид. Контроль таких покрытий – обязательная часть технологического процесса и приемки продукции. Он позволяет своевременно выявлять отклонения от заданных требований, гарантировать соответствие изделий техническим условиям, стандартам и ожиданиям заказчика. Данная статья охватывает ключевые аспекты контроля: объекты, область применения, методы и используемое оборудование.

1. Объекты испытаний

Объектами контроля являются непосредственно нанесенные защитно-декоративные или функциональные покрытия на металлических основаниях (подложках). К основным типам покрытий относятся:

• Металлические покрытия:
  • Электрохимические (гальванические): цинк, никель, хром, кадмий, олово, медь, золото, серебро, латунь и их многослойные комбинации (например, медь-никель-хром).
  • Горячие (погружением в расплав): цинкование, лужение.
  • Термодиффузионные (цинк, алюминий).
  • Газотермические (напыление): цинк, алюминий, никелевые сплавы и др.
• Конверсионные покрытия: Фосфатные, оксидные (включая анодирование алюминия и его сплавов), хроматные.
• Эмали (стеклоэмали): На основе стеклообразных систем, наносимые высокотемпературным обжигом.
• Керамические покрытия: Методами напыления, осаждения из паровой фазы и др.

Контролируемые параметры покрытий напрямую зависят от их назначения.

2. Область испытаний (Контролируемые параметры)

Контроль покрытий направлен на проверку их ключевых характеристик:

• Толщина: Наиболее часто контролируемый параметр. Определяет барьерные свойства, износостойкость, срок службы, внешний вид и функциональность (например, электропроводность).
• Адгезия (прочность сцепления с подложкой): Критически важный параметр для всех типов покрытий. Плохая адгезия приводит к отслаиванию покрытия при эксплуатации.
• Пористость: Наличие сквозных пор в покрытии снижает его защитные свойства, так как открывает путь коррозии к подложке. Особенно важно для тонких и барьерных покрытий.
• Микротвердость: Определяет сопротивление покрытия механическим воздействиям (истиранию, царапанию).
• Внешний вид (декоративные свойства): Цвет, блеск, равномерность, отсутствие дефектов (раковины, наплывы, отслоения, пятна, трещины, отсутствие покрытия).
• Коррозионная стойкость: Способность покрытия защищать подложку от коррозии в заданных условиях. Оценивается как косвенно (толщина, пористость), так и напрямую (тесты в камерах солевого тумана, влажности, циклические испытания).
• Химический состав покрытия и фазовая структура: Контроль для обеспечения соответствия заданной технологии (например, состав сплава покрытия, тип анодного слоя, структура керамики).
• Равномерность распределения толщины по поверхности сложнопрофильных изделий.
• Механические свойства: Для некоторых покрытий контролируются прочность на изгиб, сопротивление удару.

3. Методы испытаний

Методы контроля делятся на две основные группы:

• Разрушающие методы (Destructive Testing - DT): Требуют повреждения покрытия или подготовки специальных образцов-свидетелей.

  • Микроскопические (металлографические): Поперечный шлиф. Самый точный метод измерения толщины слоев в многослойных покрытиях, оценки структуры и адгезии на микроуровне. Позволяет измерить микротвердость.
  • Купельные методы: Локальное растворение покрытия специфичным реактивом без воздействия на подложку. Толщина рассчитывается по времени растворения или потере массы (ГОСТ 9.302, ASTM B487, ISO 1463). Точечный контроль.
  • Испытания на адгезию:
    • Метод сетки надрезов (крестообразный надрез) (ГОСТ Р ИСО 2409, ISO 2409). Оценка по шкале отслаивания.
    • Отрывной тест (использование специальных клеев и приспособлений для отрыва покрытия) (ГОСТ 15140, ASTM D4541, ISO 4624).
    • Испытание на изгиб, нанесение ударов (оценка растрескивания и отслаивания).
  • Испытания на коррозионную стойкость: Ускоренные испытания в камерах солевого тумана (нейтрального или ацетатного) (ГОСТ 9.308, ГОСТ Р ИСО 9227, ISO 9227), испытания на влагостойкость, термоциклирование, испытания с корродирующей пастой (КОРР).
  • Испытания на пористость: Химические и электрохимические тесты с использованием индикаторных растворов (ферро- или феррицианидные пробы для никеля под медью, меди на стали; пробы с люксметром для хромовых покрытий) (ГОСТ 9.302).
  • Гравиметрические методы: Точное измерение массы покрытия до и после его удаления с известной площади для расчета толщины.

• Неразрушающие методы (Non-Destructive Testing - NDT): Позволяют контролировать покрытие без его повреждения, пригодны для 100% контроля.

  • Магнитная индукция: Основной метод для измерения толщины немагнитных покрытий (краска, эмаль, пластик, Cu, Cr, Zn, кадмий, анодный слой) на магнитных подложках (сталь, чугун) (ГОСТ Р ИСО 2178, ISO 2178).
  • Вихретоковый метод: Подходит для измерения толщины непроводящих покрытий на проводящих подложках (любые металлы) и толщины немагнитных покрытий на немагнитных подложках (цветные металлы) (ГОСТ Р ИСО 2360, ISO 2360).
  • Бета-обратное рассеяние (β-обратное рассеяние): Для измерения толщины покрытий, содержащих тяжелые элементы (Ni, Cr, Sn, Cu) на легких подложках (Al, пластик) или легких покрытий (Cd, Zn) на тяжелых подложках (сталь, Cu).
  • Ультразвуковой метод: Измерение толщины многослойных покрытий и покрытий на неметаллических подложках, а также толстых покрытий (>100 мкм).
  • Оптические методы:
    • Визуальный контроль (с использованием луп, микроскопов при определенных условиях освещения) на наличие внешних дефектов.
    • Измерение блеска (глоссметрия).
    • Оптическая профилометрия/интерферометрия для измерения толщины прозрачных покрытий и оценки микрорельефа.
    • Эллипсометрия (для очень тонких покрытий).
  • Термографический контроль: Для выявления дефектов адгезии и отслоений.
  • Акустическая микроскопия: Для оценки целостности покрытия и адгезии.

4. Испытательное оборудование

Для реализации указанных методов применяется широкий спектр контрольно-измерительных приборов и установок:

• Толщиномеры:
  • Магнитной индукции (для магнитных подложек).
  • Вихретоковые (для цветных подложек и покрытий).
  • Комбинированные (магнитная индукция + вихретоковый метод).
  • Бета-толщиномеры (β-обратного рассеяния).
  • Ультразвуковые толщиномеры с функцией измерения многослойных покрытий.
• Приборы для измерения адгезии:
  • Наборы резаков для метода сетки надрезов.
  • Отрывные адгезиметры (например, по принципу "pull-off").
  • Приспособления для испытаний на изгиб и удар.
• Микроскопы:
  • Оптические металлографические микроскопы для исследования шлифов.
  • Стереомикроскопы для визуального контроля поверхности.
  • Электронные сканирующие микроскопы (СЭМ) для детального анализа структуры и состава (с EDS-анализатором).
• Оборудование для оценки пористости:
  • Установки для электрохимических и химических проб пористости (ячейки, источники тока).
• Оборудование для коррозионных испытаний:
  • Камеры солевого тумана (нейтрального, ацетатного, с медным ускорением).
  • Климатические камеры (влажности, термоциклирования).
• Приборы для измерения микротвердости: Твердомеры по Виккерсу, Кнупу.
• Оборудование для контроля внешнего вида:
  • Глоссметры (блескомеры).
  • Компараторы цвета и визуальные эталоны.
  • Профилометры/интерферометры.
• Установки для спектрального анализа: Рентгенофлуоресцентные (XRF), Оптико-эмиссионные спектрометры (для химического состава покрытий и подложек).
• Термографические камеры и акустические микроскопы.

Заключение

Контроль металлических и неорганических покрытий на металлических подложках представляет собой комплексную задачу, требующую применения различных методов и специализированного оборудования. Выбор конкретных методов и приборов зависит от типа покрытия, материала подложки, контролируемых параметров, требуемой точности и условий проведения контроля (лабораторный или цеховой, выборочный или сплошной). Системный подход к контролю, основанный на требованиях стандартов и технических условий, является залогом стабильного качества покрытий и долговечности защищаемых ими изделий. Квалификация персонала и регулярная поверка/калибровка используемого оборудования являются неотъемлемыми составляющими надежной системы контроля качества покрытий.