Tiêu chuẩn đo độ dày lớp phủ

Lớp phủ có thể là bất kỳ loại vật liệu nào được áp dụng lên bề mặt, không chỉ sơn mà còn có thể là mạ kẽm, mạ điện, phun kim loại, phủ polymer, lớp phủ chống ăn mòn, và các loại lớp phủ khác. Dưới đây là thông tin về một số tiêu chuẩn đo độ dày lớp phủ.

ISO 2178

ISO 2178:1982 (được Việt Nam chuyển đổi thành TCVN 5878:2007) là tiêu chuẩn quốc tế quy định phương pháp đo chiều dày lớp phủ không từ tính trên bề mặt kim loại từ tính bằng phương pháp từ.

Phạm vi áp dụng

ISO 2178 áp dụng cho các phép đo không phá hủy, nhằm xác định chiều dày lớp phủ không từ tính, bao gồm lớp phủ kim loại, lớp phủ thủy tinh, men sứ hoặc các lớp phủ khác, trên chất nền từ tính như thép hoặc sắt. Phương pháp này không áp dụng cho các lớp phủ từ tính, như lớp mạ niken trên kim loại không từ.

Nguyên lý hoạt động

Tiêu chuẩn này sử dụng các thiết bị đo từ tính để đo lực hấp dẫn từ giữa một nam châm vĩnh cửu và kim loại nền hoặc đo từ trở của từ thông đi qua lớp phủ và kim loại nền. Khi có lớp phủ, lực hấp dẫn từ hoặc từ trở sẽ thay đổi, giúp xác định độ dày của lớp phủ.

Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của phép đo

• Chiều dày lớp phủ, với các lớp phủ mỏng, độ chính xác thường không thay đổi; tuy nhiên, với các lớp phủ dày, độ chính xác có thể biến đổi tùy thuộc vào thiết kế của dụng cụ đo.
• Tính chất từ của kim loại nền có thể ảnh hưởng đến phép đo.
• Chiều dày kim loại nền có thể ảnh hưởng đến phép đo, đặc biệt nếu vượt quá độ dày tới hạn.
• Các cạnh hoặc góc của mẫu có thể ảnh hưởng đến phép đo. Các phép đo gần khu vực gián đoạn cần được xử lý cẩn thận.
• Độ nhám bề mặt có thể làm biến đổi kết quả đo.
• Hiện tượng từ dư và từ trường mạnh có thể làm sai lệch kết quả.

Chuẩn bị và quy trình đo

Trước khi đo, dụng cụ cần được chuẩn hóa theo hướng dẫn của nhà sản xuất. Các mẫu chuẩn có thể là lá kim loại hoặc mẫu được phủ.

Trong quá trình đo, cần thực hiện một số phép đo tại mỗi vị trí để đảm bảo kết quả chính xác, đặc biệt trên các bề mặt nhám.

Yêu cầu về độ chính xác

Phép đo phải đạt độ chính xác trong khoảng 10% so với độ dày thực tế hoặc tối thiểu 1,5 µm (tùy mức nào lớn hơn).

Tiêu chuẩn này được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp để kiểm tra chất lượng lớp phủ trên kim loại, đặc biệt trong lĩnh vực bảo vệ chống ăn mòn và sản xuất các linh kiện kỹ thuật.

ISO 2360

ISO 2360:2017 là tiêu chuẩn quốc tế quy định phương pháp đo chiều dày lớp phủ không dẫn điện trên các bề mặt kim loại dẫn điện không từ tính bằng phương pháp dòng điện xoáy nhạy cảm với biên độ.

Phạm vi áp dụng

ISO 2360:2017 quy định phương pháp đo không phá hủy chiều dày của các lớp phủ không dẫn điện trên kim loại dẫn điện nhưng không từ tính. Các lớp phủ có thể bao gồm sơn, vecni, lớp phủ điện phân, lớp phủ men, lớp phủ nhựa, hoặc lớp phủ bột. Phương pháp này đặc biệt phù hợp với các lớp phủ oxit sản xuất bằng quá trình anodizing.

Tiêu chuẩn này cũng có thể áp dụng để đo lớp phủ kim loại không từ tính trên nền phi kim loại. Tuy nhiên, với các lớp phủ mỏng hoặc có độ dẫn nhỏ, phương pháp dòng điện xoáy nhạy cảm với pha (ISO 21968) sẽ cung cấp kết quả có độ chính xác cao hơn.

Nguyên lý đo lường

Thiết bị đo dòng điện xoáy hoạt động dựa trên nguyên lý tạo ra trường điện từ tần số cao, sinh ra dòng điện xoáy trong kim loại nền bên dưới lớp phủ. Dòng điện xoáy này gây ra sự thay đổi trong trường điện từ xung quanh cuộn dây đầu dò, dẫn đến thay đổi trở kháng của cuộn dây. Sự thay đổi trở kháng này có thể được sử dụng để đo độ dày của lớp phủ thông qua việc hiệu chuẩn với các tiêu chuẩn tham chiếu.

Các yếu tố ảnh hưởng đến độ không đảm bảo đo lường

• Chiều dày lớp phủ do độ nhạy của đầu dò giảm khi chiều dày lớp phủ tăng.
• Tính chất điện của kim loại nền ảnh hưởng đến độ chính xác của phép đo.
• Hình dạng của kim loại nền vì chiều dày của kim loại nền phải lớn hơn một giá trị tới hạn nhất định để tránh sai số trong phép đo.
• Góc ở cạnh và độ cong bề mặt có thể gây ảnh hưởng đến phép đo, do đó các phép đo gần mép hoặc bề mặt cong cần được thực hiện cẩn thận.
• Độ nhám bề mặt có thể gây ra sai số hệ thống và ngẫu nhiên trong các phép đo. Đảm bảo đầu dò tiếp xúc hoàn toàn với bề mặt để tránh hiện tượng "lift-off" gây ra bởi bụi hoặc tạp chất giữa đầu dò và lớp phủ.

Quy trình hiệu chuẩn và đo lường

Trước khi sử dụng, thiết bị phải được hiệu chuẩn với các tiêu chuẩn tham chiếu phù hợp. Các yếu tố như tính chất vật liệu, hình học và điều kiện bề mặt của kim loại nền nên tương tự với mẫu thử để tránh sai số. Phép đo phải được thực hiện nhiều lần tại cùng một vị trí để giảm thiểu sai số ngẫu nhiên. Kết quả cuối cùng được tính bằng giá trị trung bình cộng của các phép đo này.

Báo cáo kết quả

Báo cáo cần bao gồm kết quả trung bình của các lần đo, độ lệch chuẩn và số lần đo. Để đảm bảo độ chính xác, các điều kiện hiệu chuẩn và các yếu tố ảnh hưởng đến phép đo cần được nêu rõ trong báo cáo.

ASTM D7091

ASTM D7091-22 là tiêu chuẩn quy định phương pháp đo chiều dày màng sơn khô không phá hủy trên các bề mặt kim loại. Tiêu chuẩn này hướng dẫn cách sử dụng thiết bị đo từ tính và dòng điện xoáy để kiểm tra độ dày lớp phủ trên kim loại từ tính (như thép) và kim loại không từ tính (như nhôm).

Phạm vi áp dụng

ASTM D7091-22 quy định phương pháp đo màng sơn khô không phá hủy bằng cách sử dụng thiết bị từ tính và dòng điện xoáy. Áp dụng cho các loại lớp phủ không từ tính, chẳng hạn như sơn, trên kim loại từ tính (như thép) và các lớp phủ không dẫn điện trên kim loại không từ tính (như nhôm).

Phương pháp đo

• Sử dụng thiết bị đo từ tính, phương pháp này sử dụng nam châm vĩnh cửu để đo lực cần thiết kéo nam châm ra khỏi bề mặt lớp phủ. Lớp phủ càng mỏng, lực kéo càng lớn vì nam châm gần bề mặt kim loại hơn. Loại này không yêu cầu nguồn điện và thường có độ chính xác từ 5% đến 10% giá trị đo.
• Sử dụng thiết bị đo điện tử, sử dụng đầu dò để đo độ dày lớp phủ bằng nguyên lý cảm ứng từ, Hall-effect hoặc dòng điện xoáy. Loại này có độ chính xác cao hơn (khoảng 1% đến 3%) và có thể lưu trữ kết quả, phân tích thống kê, và xuất dữ liệu.

Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác

• Khi bề mặt kim loại cong, kết quả đo có thể bị sai lệch, đặc biệt khi bán kính cong nhỏ.
• Thiết bị đo có thể gây biến dạng đối với lớp phủ mềm hoặc dính, dẫn đến kết quả không chính xác. Để tránh điều này, có thể sử dụng một miếng đệm (shim) để hiệu chỉnh.
• Khi đo gần các cạnh, góc hoặc lỗ trên bề mặt, độ chính xác có thể bị giảm.
• Thiết bị cần hoạt động trong phạm vi nhiệt độ mà nhà sản xuất quy định để tránh làm sai lệch kết quả hoặc hỏng hóc.

Ứng dụng

Tiêu chuẩn này rất quan trọng trong các dự án công nghiệp và thương mại, nơi yêu cầu lớp phủ bảo vệ có độ dày chính xác. Đặc biệt, các nhà sản xuất sơn thường bảo hành chất lượng lớp phủ dựa trên việc đạt được độ dày chuẩn của từng lớp trong hệ thống sơn.