Độ dày lớp phủ là một biến số quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm, kiểm soát quá trình và kiểm soát chi phí. Việc đo độ dày lớp phủ có thể được thực hiện bằng nhiều dụng cụ khác nhau. Hiểu biết về các thiết bị đo độ dày lớp phủ hiện có và cách sử dụng chúng là điều hữu ích cho mọi hoạt động phủ bề mặt.
Các yếu tố quyết định phương pháp đo phù hợp cho một phép đo lớp phủ bao gồm loại lớp phủ, vật liệu nền, phạm vi độ dày của lớp phủ, kích thước và hình dạng của chi tiết, cùng với chi phí của thiết bị. Các kỹ thuật đo phổ biến cho lớp phủ hữu cơ đã khô bao gồm các phương pháp không phá hủy như đo bằng từ tính, dòng điện xoáy, siêu âm hoặc thước đo micromet, và các phương pháp phá hủy như kiểm tra bằng kính hiển vi theo tiêu chuẩn ASTM B487-20 hoặc đo trọng lượng (khối lượng).
Ngoài ra, cũng có các phương pháp để đo độ dày lớp phủ dạng bột và chất lỏng trước khi chúng được làm khô.
Dụng Cụ Đo Độ Dày Lớp Phủ bằng Từ Tính
Dụng cụ đo từ tính được sử dụng để đo không phá hủy độ dày của lớp phủ không từ tính trên nền kim loại sắt từ. Hầu hết các lớp phủ trên thép và sắt được đo theo cách này. Dụng cụ từ tính sử dụng một trong hai nguyên lý hoạt động: lực kéo từ tính (magnetic pull-off) hoặc cảm ứng từ tính/điện từ.
1-Dụng Cụ Đo Độ Dày Kéo Từ Tính (Magnetic Pull-off Thickness Gauges)
Dụng cụ kéo từ tính sử dụng một nam châm vĩnh cửu, lò xo đã được hiệu chuẩn và thang đo chia độ. Lực hút giữa nam châm và thép từ tính kéo chúng lại gần nhau. Khi độ dày lớp phủ ngăn cách hai yếu tố này tăng lên, việc kéo nam châm ra trở nên dễ dàng hơn. Độ dày lớp phủ được xác định bằng cách đo lực kéo này. Lớp phủ mỏng sẽ có lực hút từ tính mạnh hơn, trong khi lớp phủ dày hơn sẽ có lực hút từ tính yếu hơn. Việc kiểm tra bằng dụng cụ từ tính nhạy cảm với độ nhám bề mặt, độ cong, độ dày nền và thành phần của vật liệu thử nghiệm.
Dụng cụ kéo từ tính bền bỉ, đơn giản, giá rẻ, dễ mang theo và thường không cần điều chỉnh hiệu chuẩn. Đây là lựa chọn tiết kiệm chi phí trong các tình huống mà mục tiêu chất lượng chỉ yêu cầu một vài phép đo trong quá trình sản xuất.
Dụng cụ kéo từ tính thường có dạng bút chì hoặc đồng hồ quay ngược. Các mẫu bút chì sử dụng nam châm gắn vào lò xo xoắn ốc hoạt động vuông góc với bề mặt phủ. Hầu hết các dụng cụ kéo dạng bút chì có nam châm lớn và được thiết kế để hoạt động ở một hoặc hai vị trí, giúp bù đắp một phần ảnh hưởng của trọng lực. Các phiên bản chính xác hơn có sẵn với nam châm nhỏ, tinh tế để đo trên các bề mặt nhỏ, khó tiếp cận. Một chỉ báo ba vị trí đảm bảo đo chính xác khi dụng cụ hướng xuống, lên hoặc ngang với sai số ±10%.
Mẫu đồng hồ quay ngược là dạng phổ biến nhất của dụng cụ kéo từ tính. Một nam châm được gắn vào một đầu của tay cân bằng xoay và kết nối với lò xo tóc đã được hiệu chuẩn. Bằng cách xoay đồng hồ bằng ngón tay, lò xo tăng lực lên nam châm và kéo nó ra khỏi bề mặt. Các dụng cụ này dễ sử dụng và có tay cân bằng cho phép hoạt động ở bất kỳ vị trí nào, không phụ thuộc vào trọng lực. Chúng an toàn trong môi trường dễ nổ và thường được sử dụng bởi các nhà thầu sơn và các hoạt động phủ bột nhỏ. Sai số điển hình là ±5%.
2-Dụng Cụ Cảm Ứng Điện Từ và Từ Tính (Magnetic and Electromagnetic Induction Instruments)
Dụng cụ cảm ứng từ tính sử dụng nam châm vĩnh cửu làm nguồn từ trường. Một máy phát hiệu ứng Hall hoặc điện trở từ được dùng để cảm nhận mật độ từ thông tại một cực của nam châm. Dụng cụ cảm ứng điện từ sử dụng từ trường xoay chiều. Một thanh feromagnetic (là một loại vật liệu được làm từ các kim loại hoặc hợp kim, chủ yếu gồm sắt, niken, hoặc coban, có tính chất từ tính mạnh, cho phép chúng thu hút và giữ lại từ trường) mềm quấn dây mảnh được sử dụng để tạo ra từ trường. Một cuộn dây thứ hai được dùng để phát hiện sự thay đổi trong từ thông.
Các dụng cụ điện tử này đo sự thay đổi mật độ từ thông tại bề mặt của đầu dò từ tính khi nó tiến gần đến bề mặt thép. Độ lớn của mật độ từ thông tại bề mặt đầu dò tỷ lệ trực tiếp với khoảng cách từ nền thép. Bằng cách đo mật độ từ thông, độ dày lớp phủ có thể được xác định.
Dụng cụ từ tính điện tử có nhiều hình dạng và kích cỡ. Chúng thường sử dụng đầu dò áp suất không đổi để cung cấp kết quả nhất quán, không bị ảnh hưởng bởi các nhà vận hành khác nhau. Kết quả được hiển thị trên màn hình tinh thể lỏng (LCD). Chúng có thể có tùy chọn lưu kết quả đo, phân tích tức thì các phép đo và xuất kết quả ra máy in hoặc máy tính để kiểm tra thêm. Sai số điển hình là ±1%.
Hướng dẫn của nhà sản xuất cần được tuân thủ cẩn thận để có kết quả chính xác nhất. Các phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn có sẵn trong ASTM D7091, ISO 2178 và ISO 2808.
3-Dụng Cụ Đo Độ Dày Dòng Điện Xoáy (Eddy Current Thickness Gauges)
Kỹ thuật dòng điện xoáy được sử dụng để đo không phá hủy độ dày của lớp phủ không dẫn điện trên nền kim loại không sắt từ. Một cuộn dây mảnh dẫn dòng điện xoay chiều tần số cao (trên 1 MHz) được dùng để tạo từ trường xoay chiều tại bề mặt đầu dò của dụng cụ. Khi đầu dò được đưa gần đến bề mặt dẫn điện, từ trường xoay chiều sẽ tạo ra dòng điện xoáy trên bề mặt. Đặc tính của nền và khoảng cách từ đầu dò đến nền (độ dày lớp phủ) ảnh hưởng đến cường độ của dòng điện xoáy. Dòng điện xoáy tạo ra từ trường đối kháng của riêng chúng, có thể được cảm nhận bởi cuộn dây kích thích hoặc cuộn dây thứ hai bên cạnh.
Dụng cụ đo độ dày dòng điện xoáy hoạt động tương tự như dụng cụ đo từ tính điện tử. Chúng được sử dụng để đo độ dày lớp phủ trên tất cả kim loại không sắt từ. Giống như dụng cụ từ tính điện tử, chúng thường sử dụng đầu dò áp suất không đổi và hiển thị kết quả trên màn hình LCD. Chúng cũng có thể có tùy chọn lưu kết quả đo, phân tích tức thì và xuất ra máy in hoặc máy tính để kiểm tra thêm. Sai số điển hình là ±1%. Việc kiểm tra nhạy cảm với độ nhám bề mặt, độ cong, độ dày nền, loại kim loại nền và khoảng cách từ mép.
Các phương pháp tiêu chuẩn cho việc áp dụng và thực hiện thử nghiệm này có sẵn trong ASTM B244 và ISO 2360.
Hiện nay, các dụng cụ đo thường tích hợp cả nguyên lý từ tính và dòng điện xoáy trong một thiết bị. Một số thiết bị đơn giản hóa việc đo hầu hết các lớp phủ trên bất kỳ kim loại nào bằng cách tự động chuyển đổi giữa hai nguyên lý hoạt động tùy thuộc vào vật liệu nền. Những thiết bị kết hợp này rất phổ biến với các thợ sơn và phủ bột.
4-Dụng Cụ Đo Độ Dày Siêu Âm
Kỹ thuật xung siêu âm phản xạ (ultrasonic pulse-echo) của dụng cụ đo độ dày siêu âm được sử dụng để đo độ dày lớp phủ trên nền phi kim loại (nhựa, gỗ, v.v.) mà không làm hỏng lớp phủ.
Sai số điển hình của thiết bị này là ±3%. Các phương pháp tiêu chuẩn cho việc áp dụng và thực hiện thử nghiệm này có sẵn trong ASTM D6132.
Dụng cụ siêu âm có thể đo độ dày lớp phủ trên nền phi kim loại.
5-Dụng Cụ Đo Độ Dày Micrometer (thước trắc vi)
Micrometer đôi khi được sử dụng để kiểm tra độ dày lớp phủ. Chúng có ưu điểm là đo được bất kỳ sự kết hợp lớp phủ/nền nào nhưng nhược điểm là cần tiếp cận nền trần. Yêu cầu phải chạm vào cả bề mặt lớp phủ và mặt dưới của nền có thể là hạn chế và chúng thường không đủ nhạy để đo các lớp phủ mỏng.
Cần thực hiện hai phép đo: một với lớp phủ và một không có lớp phủ. Sự chênh lệch giữa hai kết quả đo, tức là biến đổi chiều cao, được coi là độ dày lớp phủ. Trên các bề mặt gồ ghề, micrometer đo độ dày lớp phủ phía trên đỉnh cao nhất.
Thước đo bề dày điện tử có viên bi tròn ở đầu có độ chính xác 0.001mm
Thử Nghiệm Phá Hủy (Destructive Tests)
Một kỹ thuật đo độ dày phá hủy là cắt chi tiết phủ theo mặt cắt ngang và đo độ dày lớp phủ bằng cách quan sát mặt cắt qua kính hiển vi quang học. Một kỹ thuật cắt ngang khác sử dụng kính hiển vi có thang đo để xem vết cắt hình học qua lớp phủ khô. Các bánh xe cắt chính xác được sử dụng để tạo rãnh V nhỏ, chính xác qua lớp phủ và vào nền. Các dụng cụ đo có sẵn đi kèm với đầu cắt và kính phóng đại có thang đo chiếu sáng.
Mặc dù nguyên lý của phương pháp phá hủy này dễ hiểu, nhưng có khả năng xảy ra sai số đo. Việc chuẩn bị mẫu và diễn giải kết quả đòi hỏi kỹ năng. Điều chỉnh lưới đo đến giao diện gồ ghề hoặc không rõ ràng có thể tạo ra sai lệch, đặc biệt giữa các người đo khác nhau. Phương pháp này được sử dụng khi các phương pháp không phá hủy giá rẻ không khả thi, hoặc như một cách để xác nhận kết quả không phá hủy. ASTM D4138 phác thảo phương pháp tiêu chuẩn cho hệ thống đo lường này.
6-Phương Pháp Huỳnh Quang Tia X (X-Ray Fluorescence Method)
Huỳnh quang tia X (XRF) là một kỹ thuật phân tích sử dụng sự tương tác của tia X với vật liệu để xác định thành phần nguyên tố của nó. XRF phù hợp với chất rắn, chất lỏng và bột, và trong hầu hết các trường hợp là không phá hủy. Huỳnh quang tia X xác định độ dày lớp phủ và phân tích vật liệu của các vật liệu phủ kim loại theo tiêu chuẩn DIN EN ISO 3497. Phương pháp này có thể xác định độ dày và thành phần của từng lớp riêng lẻ, nhiều lớp và lớp hợp kim.
7-Dụng Cụ Đo Độ Dày Trọng Lượng
Bằng cách đo khối lượng và diện tích của lớp phủ, độ dày có thể được xác định. Phương pháp đơn giản nhất là cân chi tiết trước và sau khi phủ. Khi khối lượng và diện tích đã được xác định, độ dày được tính bằng phương trình sau:
T = (m x 10) / (A x d)
Trong đó:
- T là độ dày (micromet),
- m là khối lượng của lớp phủ (miligam),
- A là diện tích thử nghiệm (centimet vuông),
- d là mật độ (gam trên centimet khối).
Việc liên kết khối lượng của lớp phủ với độ dày là khó khăn khi nền gồ ghề hoặc lớp phủ không đều. Các phòng thí nghiệm được trang bị tốt nhất để xử lý phương pháp này, vốn tốn thời gian và thường phá hủy.
8-Đo Độ Dày Trước Khi Làm Khô
Dụng cụ đo độ dày màng ướt (Wet-film thickness WFT) giúp xác định lượng vật liệu cần áp dụng khi ướt để đạt được độ dày màng khô mong muốn, với điều kiện biết phần trăm chất rắn theo thể tích. Chúng đo tất cả các loại lớp phủ hữu cơ ướt, như sơn, vecni và sơn mài trên bề mặt phẳng mịn hoặc cong.
Việc đo độ dày màng ướt trong quá trình áp dụng giúp xác định nhu cầu điều chỉnh ngay lập tức bởi người thi công. Việc sửa chữa màng phủ sau khi đã khô hoặc làm khô hóa học đòi hỏi thêm thời gian lao động tốn kém, có thể gây ô nhiễm màng và gây ra vấn đề về độ bám dính và tính toàn vẹn của hệ thống lớp phủ.
Các phương trình để xác định đúng độ dày màng ướt (WFT), có và không có chất pha loãng (thinner), như sau:
Màng ướt thường được đo bằng lược đo màng ướt hoặc bánh xe đo. Lược đo màng ướt là một tấm nhôm phẳng, nhựa hoặc thép không gỉ với các rãnh được hiệu chuẩn trên cạnh của mỗi mặt. Dụng cụ được đặt vuông góc và chắc chắn lên bề mặt cần đo ngay sau khi phủ và sau đó được tháo ra. Độ dày màng ướt nằm giữa rãnh cao nhất có phủ và rãnh tiếp theo không có phủ. Đo bằng lược không chính xác cũng không nhạy, nhưng hữu ích trong việc xác định độ dày màng ướt gần đúng của lớp phủ trên các vật mà kích thước và hình dạng không cho phép sử dụng các phương pháp chính xác hơn. (Xem ASTM D1212.)
Dụng cụ nên được sử dụng trên bề mặt mịn, không có bất thường và nên dùng dọc theo chiều dài, không phải chiều rộng, của bề mặt cong. Sử dụng lược đo màng ướt trên lớp phủ khô nhanh sẽ cho kết quả không chính xác. ASTM D4414 phác thảo phương pháp tiêu chuẩn để đo độ dày màng ướt bằng lược đo.
Bánh xe đo màng ướt (con lăn lệch tâm) sử dụng ba đĩa. Dụng cụ được lăn trong màng ướt cho đến khi đĩa trung tâm chạm vào màng ướt. Điểm tiếp xúc cung cấp độ dày màng ướt. Lớp phủ bột có thể được đo trước khi làm khô bằng lược cầm tay đơn giản hoặc dụng cụ siêu âm. Lược đo màng bột chưa khô hoạt động tương tự như lược đo màng ướt. Lược được kéo qua màng bột và độ dày nằm giữa răng có số cao nhất để lại dấu và có bột bám vào, và răng cao hơn tiếp theo không để lại dấu và không có bột bám vào. Các dụng cụ này tương đối rẻ với độ chính xác ±5 mm. Chúng chỉ phù hợp làm hướng dẫn vì màng khô có thể khác sau khi chảy. Các dấu do dụng cụ để lại có thể ảnh hưởng đến đặc tính của màng khô.
Một thiết bị siêu âm có thể được sử dụng không phá hủy trên bột chưa khô trên bề mặt kim loại mịn để dự đoán độ dày của màng khô. Đầu dò được đặt cách bề mặt cần đo một khoảng ngắn và kết quả được hiển thị trên màn hình LCD của thiết bị. Độ không chắc chắn của phép đo là ±5 mm.
Tiêu Chuẩn Độ Dày Lớp Phủ
Dụng cụ đo độ dày lớp phủ được hiệu chuẩn theo các tiêu chuẩn độ dày đã biết. Có nhiều nguồn tiêu chuẩn độ dày, nhưng tốt nhất nên đảm bảo chúng có thể truy xuất đến một viện đo lường quốc gia như NIST (Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia). Cũng quan trọng là xác minh các tiêu chuẩn này chính xác ít nhất gấp bốn lần so với dụng cụ chúng sẽ được dùng để hiệu chuẩn. Kiểm tra thường xuyên với các tiêu chuẩn này xác minh dụng cụ hoạt động đúng. Khi kết quả đo không đáp ứng thông số chính xác của dụng cụ, dụng cụ phải được điều chỉnh hoặc sửa chữa và sau đó hiệu chuẩn lại.
Tóm Tắt
Độ dày lớp phủ có thể ảnh hưởng lớn đến chi phí và chất lượng. Việc đo độ dày lớp phủ nên là hoạt động thường xuyên đối với tất cả những người làm công việc sơn phủ. Dụng cụ đo phù hợp phụ thuộc vào phạm vi độ dày của lớp phủ, hình dạng và loại vật liệu nền, chi phí của dụng cụ và mức độ quan trọng của việc đo lường chính xác.
Nhận xét
Đăng nhận xét
Các bạn có câu hỏi gì, cứ mạnh dạn trao đổi nhé, baoduongcokhi sẵn sàng giải đáp trong khả năng của mình.