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品一個非常重要的技術指標，它對彩涂板的表觀物理性能、機械加工性能、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中工藝控制的重要參數之一，若涂層厚度偏厚，就增加了生產成本。

DJH儀法是一種彩涂板鉆孔顯微測厚法，利用鉆孔機在彩涂板涂層中鉆出一定錐度的圓孔，見圖1，通過光學顯微鏡觀測涂層，對涂層界面進行定位，測量出水平長度L，并根據錐度所形成的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儀法適用的檢測標準有GB/T 13448—2006《彩色涂層鋼板及鋼帶試驗方法》和ASTM D 5796—2010（2015）《用鉆孔裝置進行破壞法測量薄膜涂覆系統的干膜厚度的標準試驗方法》等。該方法適用于各種材料基板的彩涂板涂層厚度的測定；當底漆和面漆界面清晰可辨時，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、壓花和網紋等彩涂板涂層厚度的測定。但是，DJH儀法在實際應用過程中，受某些因素的影響，檢測結果會有一定的系統誤差。本研究圍繞DJH儀法中影響彩涂板涂層厚度檢測結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，通常會發現隨著鉆頭使用次數的增加，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，測定次數即鉆孔次數與涂層厚度測定值之間的關系見圖2。

圖2 鉆孔次數與涂層厚度測定值的關系Figure. 2 Relationship between drilling times and coating thickness measurement value

由圖2可見，隨著鉆頭鉆孔次數的增加，彩涂板涂層厚度的測定值增大，當鉆孔次數超過1 500次后，涂層厚度測定值的增加更加明顯。這種現象可以用公式（1）進行解釋。隨著鉆頭使用次數的增加，鉆頭逐漸被磨損，其錐度增大，即θ角逐漸減小。而在顯微測試系統中，參與計算涂層厚度的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，可以購買厚度銅標板，定期對該銅標板進行測定，若測定結果超出允許范圍，需更換新的鉆頭。由于DJH儀法是破壞式測定方法，標準銅板損耗較快，且其成本較高。對于使用頻繁的工廠實驗室來說，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，來監控鉆頭對檢測結果的影響。

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，導致檢測結果誤差較大。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果誤差都比較大，目前比較常用的方法是DJH儀法。當采用DJH儀法檢測銀色或黑色彩涂板的涂層厚度時，發現底漆膜的界限比較明顯，但面漆的邊界就很難區分，若用記號筆標記后，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，必須用記號筆進行標記，否則無法準確測定。

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

進一步探討記號筆標記對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記和標記后的涂層厚度，測定結果見表1。

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

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

記號筆墨水浸入深度d與彩涂板涂層內部結構的致密性有關，涂層結構越致密，墨水越不容易浸入到涂層內部，d值就越小；反之，d值則越大。

3 顯微鏡觀測系統的影響

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

顯微鏡觀測系統大修、搬移或內部機械時效都會造成測量標尺偏移。測量標尺的偏移量可以用標準刻線尺進行測量。一般情況下，測量標尺的偏移量小于2%。若偏移量較大，可用標準刻線尺進行校正。為確保顯微鏡的測量標尺準確，應定期用標準刻線尺核查其偏移量，設備大修或搬移后也應核查測量標尺，若偏移量較大，需及時進行校正。

顯微系統中的L值，是通過人工操作鼠標拖拽來完成的，從涂層一側邊界開始至涂層另一側邊界結束，L值的結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，一定要認真、仔細，確保檢測點在涂層的邊界處。

彩涂板涂料經烘烤固化后，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。在實際檢測過程中，很難界定“缺口”產生的原因，所以，對水平長度L值的測定結果就會產生影響。

圖4 鉆孔中出現的“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，應采用分辨率比較小的顯示器。

4 結語

通過對DJH儀法測定彩涂板涂層厚度的影響因素進行分析，得出如下結論：隨著鉆頭鉆孔次數的增加，彩涂板涂層厚度的測定值增大，當鉆孔次數超過1 500次后，涂層厚度測定值的增加更加明顯，應用厚度標準板或內控板監控鉆頭的使用情況；鉆頭上黏附的彩涂板涂料或金屬碎屑，對檢測結果影響較大，應確保鉆頭的清潔；記號筆標記對DJH儀法測定彩涂板涂層厚度值的影響一般小于5%，與彩涂板涂層內部結構的致密性有關；此外，DJH儀法彩涂板涂層厚度測定值還與顯微鏡的測量標尺、人工操作水平、涂料特性和顯示器的分辨率等有關。