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彩涂板涂层厚度测定方法研究

2013-06-02 09:13来源:宝钢工业检测公司，上海 作者:范纯,李鹰

0 引言

彩涂板作为一种广泛应用于建筑、家电、交通运输等行业的复合材料，既有金属的机械强度和易成型等优点，又有**涂层的装饰性和耐腐蚀性的优点。彩涂板的涂层厚度将直接影响其加工和使用性能。涂层过薄，加工时较易划伤涂层进而影响彩涂板的装饰性和耐腐蚀性。对于过薄的涂层，即使能确保其加工时不被破坏，在使用时，其耐老化性和耐腐蚀性能也会大大降低［1］。但是，过厚的涂层又会造成彩涂板生产成本的增加，而且这也是产品质量过剩所造成的浪费。因此，对于彩涂板生产企业来说，准确测定和严格控制彩涂板的涂层厚度十分重要。本文对目前国际、国内已经和正在使用的测定涂层厚度的试验方法进行了调查研究，针对不同类型的彩涂板提出了较合适的涂层厚度测定方法。

1 GB/T 13448—2006 方法

1.1 4 种涂层厚度检测方法的比较

在GB/T 13448—2006《彩色涂层钢板及钢带试验方法》［2］中介绍了4 种彩涂板涂层厚度试验方法：磁性测厚仪法、千分尺法、金相显微镜法和钻孔破坏式显微观察法，其中金相显微镜法规定为仲裁方法。无论采用何种方法测定彩涂板的涂层厚度，彩涂板的基板和涂层都会直接影响测定结果。根据宝钢多年的试验经验，这4 种方法的适用范围、检测精度和优缺点方面等的比较如表1 所示。

国标中涂层厚度检测方法的比较

目前，我国彩涂板生产企业多采用千分尺法测定涂层厚度，而欧美企业则较多采用钻孔破坏式显微观察法。造成这种差异的主要原因除国内人力成本低于欧美外，各种检测方法本身的局限性也是主要原因。

1.2 基板的影响

彩涂板基板一般包括冷轧钢板、电镀锌钢板、热镀锌钢板和热镀铝锌钢板。冷轧基板由于没有镀层，且生产工艺决定基板本身厚度和表面粗糙度的均匀性较好，因此无论采用哪种检测方法，其涂层厚度的测定结果都比其他基板的检测误差小。有镀层基板的厚度和表面粗糙度的波动决定了采用国标中磁性测厚仪法和千分尺法在进行单点厚度测定时，测定结果会受到较大影响。因为磁性测厚仪法先要测定涂镀层总厚度，然后测定镀层厚度；而千分尺法先要测定彩涂板总厚度，再测定基板厚度，这两种方法的两次分别测定厚度的操作无法确保测定位置在同一点上，因此都会受到基板和镀层波动的影响，造成测定结果的波动，且厚度测定结果的波动与基板的波动成正比。金相显微镜法和DJH 法虽然能确保测定位置不变，但是由于基板的波动会造成检测界面很难划分清楚，从而也会影响单点测定结果的准确性。国标规定每个试样以3 个点的平均值作为较终测定结果，但是由于单点测定结果本身的波动，因此采用平均值的方式也无法消除测定误差。按照宝钢的实

际检测经验，涂层厚度测定结果的离散性与基板波动的大小成正比。

1.3 涂层性能的影响

彩涂板涂层表面的粗糙度同样也会影响国标中4种检测方法的准确性，而涂层本身的弹性会影响磁性测厚仪法和千分尺法的测定准确性。这两种方法都使用检测探头，探头对涂层或基板压下的程度会影响到每次测量所得的厚度，从而影响测定结果。随着彩涂板产品品种的不断丰富，涂层表面不再是单一的光滑表面效果，出现表面有不同纹理效果的产品，这类产品用磁性测厚仪法和千分尺法根本无法测定涂层厚度。因为其纹理的深度较少能达到5~10 μm，磁性测厚仪法和千分尺法测定时把纹理的深度都计为涂层厚度，产生很大的系统误差。金相显微镜法和DJH法可以用来测定这类产品，但是由于纹理的不规则波动，使判定测量界面受人为因素影响很大，测定结果波动也较大。

1.4 测量面积的影响

检测面积越大，其检测结果的代表性就越好，检测精度也会随之提高。磁性测厚仪的检测探头直径一般为1.5 mm，千分尺的检测探头直径为6.3 mm，金相显微镜法的测量长度一般不会**过1 mm，而DJH 法的测量直径一般也在1 mm 左右。因此在相同条件下，这4 种检测方法中千分尺法测定结果波动较小。

1.5 测定精度及其优缺点分析

通过对这4 种方法的测定结果和操作经验的长期积累，我们以90 g 热镀锌基板的测定结果为例，分析4 种方法的测定精度和优缺点，如表2 所示。

国标中测定方法的精度及其优缺点

有鉴于上述原因，国内较多采用检测精度较高且速度较快的千分尺法作为彩涂板涂层厚度的检测方法。而国外由于基板波动较小，DJH 法的测定波动也就较小，因此较多采用受人为因素影响小的DJH 法。

2 国际、国内其他方法

国际和国内对涂层厚度的其他测量方法主要包括楔切法、厚度差测量法、称重法、X 射线荧光法、β 射线反射法、磁性测量法及涡流测量法等。彩涂板国标中的磁性测厚仪属磁性测量法，千分尺法属厚度差测量法，钻孔破坏式显微观察法属于楔切法，金相显微镜法为仲裁试验方法。称重法操作十分繁琐，不适用于快节奏的工厂试验室；X 射线荧光法和β 射线反射法是通过对涂层中某一特征元素含量的测定来计算涂层厚度，对于彩涂板这种涂料配方不固定的样品不适用。在对涡流测量法进行了调研和试验操作后，发现目前测定彩涂板涂层厚度较准确也较简便的是一种将磁性测量法和涡流测量法结合在一起的设备，通过组合探头同时测定涂镀层总厚度和镀层厚度，计算得到涂层厚度。这种测定方法由于测定的是同一点的涂镀层总厚度和镀层厚度，从而避免了磁性测厚仪法所受到的镀层波动的影响，测定结果的精度得到明显提高。对于基板波动越小的试样，其检测精度越高，例如，冷轧板和电镀锌基板的彩涂板，其涂层厚度检测精度可达0.5 μm。

3 结语

（1） 对于国内彩涂板目前的基板波动现状来说，千分尺法为较佳方法，具有设备*、操作简单、检测精度较高的优点。其缺点为：对试验人员的操作技能要求较高；对于涂层表面有纹理效果的产品不能检测；检测结果只能精确至整数位。

（2） 对于表面有纹理效果的彩涂板，DJH 法为较佳方法，具有操作方便、快速、可以分别测定界面清晰的各个涂层的优点。其缺点为：设备采购和运行成本较高；检测结果受检测人员主观影响较大；测定结果受基板波动影响较大；不能用于检测冷轧基板的彩涂板。

（3） 磁性- 涡流相位法测定涂镀层厚度方法也是一种很好的方法，具有设备成本合理、操作简单、快速、单点测定精度高（可精确至0.5 μm）的优点。其缺点是受基板表面的平整性和均匀性影响较大。

2005年至2010年期间，我国彩涂钢板的生产总量将由480万t增至800万t，其中用于建筑业占85%，家电产品为3%，其他产品占12%。可见我国彩涂板产量不少，但是大部分产品都是通用型的，质量一般、品种单一，主要用于建筑领域，汽车、家电等高档产品依靠。量几乎占国内彩涂板市场的一半份额。这就要求我们将关注重点放在开辟新的应用领域，能够采用新技术生产具有不同使用特性和花色品种的**涂层钢板。

    提高基板质量。彩涂基板一般采用冷轧钢板、热镀锌钢板、合金化板、电镀锌板、镀锌铝板等，某些高档产品以不锈钢做基板，无论采用哪种基板都要求其具有较高的表面质量、板形及尺寸精度。

    涂料的改良。由较初的醇酸树脂、塑溶胶、聚酯树脂、高性能的含氟树脂到水性涂料、粉末涂料等环保节能型涂料的应用，涂料的不断改进使产品具备高耐蚀性、抗紫外线、耐候性、耐褪色性、耐磨损性、耐指纹性、耐溶剂性等，以及较新研制成功的抗菌性、防静电、保洁性及耐黑变等彩板。

    PET复合贴膜彩色板技术。PET是指聚乙烯对苯二（甲）酸盐，一般使用透明的25um厚的膜，PET膜广泛用作磁性录音材料、照像、包装材料等的基膜。其力学性能好，膜的硬度为1～2H；具有良好的耐热性；除强碱外，具有良好的抗化学腐蚀性、抗温性、抗污染性、抗去污性和抗溶剂性。

PET复合贴膜彩色板一种采用PET膜与油漆复合的涂装技术，透明的PET膜层压到彩涂板的表面；另一种为层压PET膜底部印画彩涂技术，用直接照像印画法将图画印到PET膜上，再用厚约5um聚乙烯类树脂粘结剂将印好的PET膜层压到涂好底漆的基板上，底漆多采用热固化的环氧树脂。

    粉末涂敷工艺。继几年前国外粉末枪技术的应用，美国MSC研制出粉末云涂装技术：将粉末涂料在强大的静电场作用下，通过粉末旋转刷产生涂料粉末云，形成粉末云状、带有很高电荷的固体涂料颗粒，飞向高速运行的基板，产生足够大的边界穿透力，由此，粉末颗粒便均匀地沉积在带钢表面上，再经过固化、保温、淬水冷却处理。此种工艺能适应高速高效涂装，产品抗腐蚀、抗划伤、抗褪色性能好、色泽均匀、环保好、成本低。

    我国彩涂板生产无论产量、质量和机组数量上均落后于世界水平，而且据*分析，世界彩涂板生产线的开工率通常为70%～85%，我国彩涂业面临的形势还是比较严峻的。预计在未来几年中，国内彩涂钢市场仍将以建筑行业为主，家电行业需求量也将明显增加，主导产品将向薄规格、高强度、耐腐蚀性的方向发展。降低成本、提高质量、净化处理废物、废气等环保问题以及开拓更广阔的应用领域是我们急待解决的问题。我们应投入大量的人力、物力研制新工艺、新技术、新产品，以低成本高质量的产品面向国内外的市场