DJH儀法測定彩涂板涂層厚度的影響因素分析

張小塔，范 純（寶山鋼鐵股份有限公司，上海 201900）

0 引言

涂層厚度是彩涂板產(chǎn)品一個非常重要的技術(shù)指標(biāo)，它對彩涂板的表觀物理性能、機(jī)械加工性能、耐劃傷性能和耐腐蝕性能均有影響［1］；同時，涂層厚度也是彩涂板生產(chǎn)中工藝控制的重要參數(shù)之一，若涂層厚度偏厚，就增加了生產(chǎn)成本。

DJH儀法是一種彩涂板鉆孔顯微測厚法，利用鉆孔機(jī)在彩涂板涂層中鉆出一定錐度的圓孔，見圖1，通過光學(xué)顯微鏡觀測涂層，對涂層界面進(jìn)行定位，測量出水平長度L，并根據(jù)錐度所形成的θ角，按照公式（1）換算成涂層的厚度d。

圖1 DJH法示意圖Figure 1 Schematic diagram of DJH method

在DJH儀法中，鉆頭的錐度是固定的，即θ角是固定的，由公式（1）可以看出，通過顯微鏡測出水平長度L，就可以計(jì)算出彩涂板涂層的厚度d，其與水平長度L成正比。一般情況下，θ=5°42′38″［2］，即tanθ=0.1，代入公式（1），得到彩涂板涂層厚度d=0.1×L。

DJH儀法適用的檢測標(biāo)準(zhǔn)有GB/T 13448—2006《彩色涂層鋼板及鋼帶試驗(yàn)方法》和ASTM D 5796—2010（2015）《用鉆孔裝置進(jìn)行破壞法測量薄膜涂覆系統(tǒng)的干膜厚度的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》等。該方法適用于各種材料基板的彩涂板涂層厚度的測定；當(dāng)?shù)灼岷兔嫫峤缑媲逦杀鏁r，也可適用于底漆和面漆厚度的分別測定；該方法還適用于表面為不平整效果的絨面、壓花和網(wǎng)紋等彩涂板涂層厚度的測定。但是，DJH儀法在實(shí)際應(yīng)用過程中，受某些因素的影響，檢測結(jié)果會有一定的系統(tǒng)誤差。本研究圍繞DJH儀法中影響彩涂板涂層厚度檢測結(jié)果的主要因素展開討論與分析，并提出了減少這些影響的相關(guān)措施。

1 鉆頭的影響

DJH儀法測定彩涂板涂層厚度時，通常會發(fā)現(xiàn)隨著鉆頭使用次數(shù)的增加，涂層厚度的測定值越來越大。采用一個新的碳化物鉆頭測定同一個彩涂板，測定次數(shù)即鉆孔次數(shù)與涂層厚度測定值之間的關(guān)系見圖2。

圖2 鉆孔次數(shù)與涂層厚度測定值的關(guān)系Figure. 2 Relationship between drilling times and coating thickness measurement value

由圖2可見，隨著鉆頭鉆孔次數(shù)的增加，彩涂板涂層厚度的測定值增大，當(dāng)鉆孔次數(shù)超過1 500次后，涂層厚度測定值的增加更加明顯。這種現(xiàn)象可以用公式（1）進(jìn)行解釋。隨著鉆頭使用次數(shù)的增加，鉆頭逐漸被磨損，其錐度增大，即θ角逐漸減小。而在顯微測試系統(tǒng)中，參與計(jì)算涂層厚度的θ=5°42′38″，保持不變，從而造成涂層厚度測定值偏大。

為解決鉆頭不斷磨損造成彩涂板涂層厚度測定值偏大的問題，可以購買厚度銅標(biāo)板，定期對該銅標(biāo)板進(jìn)行測定，若測定結(jié)果超出允許范圍，需更換新的鉆頭。由于DJH儀法是破壞式測定方法，標(biāo)準(zhǔn)銅板損耗較快，且其成本較高。對于使用頻繁的工廠實(shí)驗(yàn)室來說，可以采用界面比較清晰且涂層厚度比較均勻的彩涂板制備控樣，通過定期測定控樣的涂層厚度，來監(jiān)控鉆頭對檢測結(jié)果的影響。

另外，鉆頭上黏附的彩涂板涂料或金屬碎屑，也會影響鉆孔θ角的大小，導(dǎo)致檢測結(jié)果誤差較大。所以，每次測定后，要用硬毛刷徹底清除鉆頭上的涂料或金屬碎屑。

2 記號筆標(biāo)記的影響

在表面不平整彩涂板的涂層厚度快速檢測法中，磁性儀法、渦流儀法和千分尺法的檢測結(jié)果誤差都比較大，目前比較常用的方法是DJH儀法。當(dāng)采用DJH儀法檢測銀色或黑色彩涂板的涂層厚度時，發(fā)現(xiàn)底漆膜的界限比較明顯，但面漆的邊界就很難區(qū)分，若用記號筆標(biāo)記后，檢測處面漆的邊界就非常明顯，見圖3。所以，遇到上述情況時，必須用記號筆進(jìn)行標(biāo)記，否則無法準(zhǔn)確測定。

圖3 標(biāo)記對涂層厚度測量的影響Figure. 3 Effect of marking on measurement of coating thickness

進(jìn)一步探討記號筆標(biāo)記對DJH儀法測定彩涂板涂層厚度是否有影響，影響程度如何。取8塊不同涂料類型的彩涂板，用DJH儀法分別測定記號筆未標(biāo)記和標(biāo)記后的涂層厚度，測定結(jié)果見表1。

表1 不同彩涂板標(biāo)記前后的涂層厚度Table 1 Coating thickness of color-coated sheet before and after marking

由表1可見，標(biāo)記后的涂層厚度測定值偏小，但差值一般不超過1 μm，即標(biāo)記對涂層厚度的影響一般小于5%。用記號筆進(jìn)行標(biāo)記時，濕潤狀態(tài)的墨水會浸入到彩涂板涂層中，若其浸入深度為d，標(biāo)記涂層厚度L標(biāo)與未標(biāo)記涂層厚度L的關(guān)系，可用公式（2）來描述。

記號筆墨水浸入深度d與彩涂板涂層內(nèi)部結(jié)構(gòu)的致密性有關(guān)，涂層結(jié)構(gòu)越致密，墨水越不容易浸入到涂層內(nèi)部，d值就越?。环粗?，d值則越大。

3 顯微鏡觀測系統(tǒng)的影響

從公式（1）可知，要確保彩涂板涂層厚度d測定值的準(zhǔn)確，除了θ角要準(zhǔn)確外，水平長度L的測量值也要準(zhǔn)確。L值的大小與顯微鏡測量標(biāo)尺、人工操作水平、涂料特性和顯示器分辨率有關(guān)。

顯微鏡觀測系統(tǒng)大修、搬移或內(nèi)部機(jī)械時效都會造成測量標(biāo)尺偏移。測量標(biāo)尺的偏移量可以用標(biāo)準(zhǔn)刻線尺進(jìn)行測量。一般情況下，測量標(biāo)尺的偏移量小于2%。若偏移量較大，可用標(biāo)準(zhǔn)刻線尺進(jìn)行校正。為確保顯微鏡的測量標(biāo)尺準(zhǔn)確，應(yīng)定期用標(biāo)準(zhǔn)刻線尺核查其偏移量，設(shè)備大修或搬移后也應(yīng)核查測量標(biāo)尺，若偏移量較大，需及時進(jìn)行校正。

顯微系統(tǒng)中的L值，是通過人工操作鼠標(biāo)拖拽來完成的，從涂層一側(cè)邊界開始至涂層另一側(cè)邊界結(jié)束，L值的結(jié)果直接受人工操作誤差的影響。所以，檢測人員通過DJH儀法測定彩涂板涂層厚度時，一定要認(rèn)真、仔細(xì)，確保檢測點(diǎn)在涂層的邊界處。

彩涂板涂料經(jīng)烘烤固化后，有些涂料的干膜比較硬且脆，DJH儀法的鉆頭在鉆孔時，會出現(xiàn)涂層成塊狀或片狀脫落的情況，這樣就造成涂層邊界不在一個圓形上，而是有許多“缺口”，見圖4，這樣的“缺口”在測定水平長度L時，可以按照周圍邊界延伸過來，再確定L值。若從彩涂板基板和彩涂板表面狀況的角度考慮，凹凸不平的基板和彩涂板表面，在DJH顯微鏡觀測系統(tǒng)中也會形成“缺口”，這樣的“缺口”在測定水平長度L時，也必須加以考慮。在實(shí)際檢測過程中，很難界定“缺口”產(chǎn)生的原因，所以，對水平長度L值的測定結(jié)果就會產(chǎn)生影響。

圖4 鉆孔中出現(xiàn)的“缺口”Figure 4 Gap in the drill hole

顯示器的分辨率對水平長度L的測定值也有一定的影響，不過這種影響很有限。為了減小該影響，應(yīng)采用分辨率比較小的顯示器。

4 結(jié)語

通過對DJH儀法測定彩涂板涂層厚度的影響因素進(jìn)行分析，得出如下結(jié)論：隨著鉆頭鉆孔次數(shù)的增加，彩涂板涂層厚度的測定值增大，當(dāng)鉆孔次數(shù)超過1 500次后，涂層厚度測定值的增加更加明顯，應(yīng)用厚度標(biāo)準(zhǔn)板或內(nèi)控板監(jiān)控鉆頭的使用情況；鉆頭上黏附的彩涂板涂料或金屬碎屑，對檢測結(jié)果影響較大，應(yīng)確保鉆頭的清潔；記號筆標(biāo)記對DJH儀法測定彩涂板涂層厚度值的影響一般小于5%，與彩涂板涂層內(nèi)部結(jié)構(gòu)的致密性有關(guān)；此外，DJH儀法彩涂板涂層厚度測定值還與顯微鏡的測量標(biāo)尺、人工操作水平、涂料特性和顯示器的分辨率等有關(guān)。