金属及覆盖层检测

金属及覆盖层检测核心项目详解

金属材料及其表面覆盖层（如电镀层、化学镀层、喷涂涂层、转化膜等）的性能直接关系到产品的使用寿命、安全性和可靠性。系统化的检测是评估其质量、确保符合规范要求的关键环节。核心检测项目如下：

一、 金属基体性能检测

1. 力学性能测试：

   • 拉伸性能： 测定材料的抗拉强度、屈服强度、断后伸长率、断面收缩率等，评估材料抵抗外力变形和断裂的能力。
   • 硬度： 通过布氏、洛氏、维氏、显微维氏等方法测量材料抵抗局部塑性变形的能力，反映其强度、耐磨性和加工硬化程度。
   • 冲击韧性： 在冲击载荷下测定材料的韧性（如夏比冲击试验），评估其抵抗突然断裂的能力，对低温或动载环境尤为重要。
   • 弯曲性能： 评估材料的塑性变形能力及弯曲后表面状态（如是否有裂纹）。
   • 疲劳性能： 测定材料在循环应力作用下的耐久极限和寿命（通常需较长周期）。

2. 化学成分分析：

   • 使用光谱分析（如直读光谱-OES、X射线荧光光谱-XRF）、化学滴定法、电感耦合等离子体发射光谱/质谱法（ICP-OES/MS）等精确测定金属基体中的主要元素、合金元素及微量杂质元素的含量，确保符合材料牌号要求。

3. 微观组织结构分析：

   • 金相检验： 通过取样、镶嵌、磨抛、腐蚀、显微镜观察，分析材料的晶粒大小、形态、分布，相组成，夹杂物类型、数量和分布，以及热处理效果（如脱碳层深度、渗层组织）等。
   • 扫描电子显微镜（SEM）分析： 观察更精细的微观形貌、断口形貌（分析断裂机理），配合能谱仪（EDS）进行微区成分分析。
   • 晶粒度评定： 依据相关标准测定金属晶粒的平均尺寸。

4. 物理性能测试：

   • 密度： 通过阿基米德原理等方法测量。
   • 热膨胀系数： 测量材料随温度变化的尺寸变化率。
   • 导热/导电率： 根据应用需求进行测定。

二、 覆盖层特性检测

1. 覆盖层厚度测量：

   • 无损检测：
     • 磁性法： 适用于磁性基体上的非磁性覆盖层（如钢铁上的锌、铬、油漆）。
     • 涡流法： 适用于导电基体上的非导电覆盖层（如铝阳极氧化膜、塑料涂层）或非铁磁性金属基体上的覆盖层。
     • 超声波法： 可测量多种基体上的多种覆盖层厚度，尤其适合较厚涂层。
     • X射线荧光光谱法（XRF）： 适用于多种金属覆盖层/基体组合，能同时得到成分和厚度信息。
     • β射线反向散射法： 适用于薄覆盖层测量。
   • 破坏性检测：
     • 金相显微镜法： 制备覆盖层横截面样品，在显微镜下直接测量厚度，是最准确的基准方法。
     • 库仑法（溶解法）： 通过电化学溶解覆盖层，根据消耗的电量计算厚度，适用于多种金属镀层。
     • 轮廓仪法（触针法）： 在覆盖层表面制造台阶，用轮廓仪测量台阶高度差得到厚度。

2. 覆盖层孔隙率检测：

   • 评估覆盖层中针孔、裂纹等缺陷的多少，这些缺陷会降低防护性能。
   • 方法： 贴滤纸法（电图像法）、浸渍试验（如硫酸铜点滴法、铁氰化钾试验）、气体渗透法、湿热试验后观察等。

3. 覆盖层显微硬度测试：

   • 使用显微维氏硬度计在覆盖层横截面或表面（对于较厚涂层）测量其硬度，评估覆盖层的耐磨性、强度或热处理效果。

4. 覆盖层成分与结构分析：

   • 成分分析： XRF、SEM/EDS、辉光放电光谱（GDOES）等用于测定覆盖层的元素组成。
   • 相结构与形貌分析： XRD（X射线衍射）分析覆盖层的晶体结构，SEM观察覆盖层表面和截面的微观形貌、致密度、层状结构等。

三、 覆盖层结合力与完整性检测

1. 结合强度（附着力）测试：

   • 划格/划痕法： 用刀具在覆盖层表面划出网格或平行线，观察覆盖层从基体上剥离的情况。常用胶带法辅助剥离。
   • 拉力法： 将与覆盖层粘接牢固的特定夹具拉开，测量剥离所需的力（如拉开法附着测试）。
   • 弯曲法： 将试样弯曲到规定角度，观察覆盖层是否开裂或剥离。
   • 冲击法： 用落球或冲击锤冲击覆盖层表面，检查是否产生裂纹或剥离。
   • 热震法： 将试样在高温和低温间快速循环，利用热应力差异检测结合力。

2. 覆盖层连续性检测：

   • 湿海绵法（低电压湿法）： 用于检测导电基体上绝缘覆盖层（如阳极氧化膜、油漆）的微小孔隙。
   • 高压火花试验： 用于检测较厚绝缘覆盖层（如管道防腐涂层）的漏点（针孔、裂纹）。
   • 孔隙率测试（见二.2） 也常用于评估金属覆盖层的连续性。

四、 腐蚀与防护性能检测

1. 耐腐蚀性能测试：

   • 盐雾试验： 模拟海洋或含盐大气的腐蚀环境（中性盐雾NSS、醋酸盐雾AASS、铜加速醋酸盐雾CASS），是评估防护性覆盖层加速腐蚀性能最常用的方法，观察生锈、起泡、腐蚀产物渗出等情况的时间和程度。
   • 循环腐蚀试验： 更接近真实的自然环境，通常包含盐雾、干燥、湿润、冷凝等多种条件循环。
   • 湿热试验： 评估材料在高温高湿环境下的耐腐蚀能力和覆盖层的防护性能（如起泡、附着力下降）。
   • 二氧化硫（SO2）腐蚀试验： 模拟工业大气环境。
   • 户外大气暴露试验： 最真实的评价方法，但周期很长。
   • 电化学测试： 如开路电位、极化曲线、电化学阻抗谱（EIS）等，用于研究腐蚀机理和定量评价耐蚀性。

2. 耐磨性能测试：

   • 摩擦磨损试验： 如Taber磨耗试验、落砂法、橡胶轮磨耗试验等，模拟实际工况下的磨损，评估覆盖层的耐磨耗寿命。
   • 硬度测试（见二.3） 通常与耐磨性有一定关联。

3. 加速老化性能测试：

   • 氙灯老化/紫外（UV）老化试验： 模拟日光中的紫外辐射、温度和湿度对有机涂层（颜色、光泽、粉化、开裂等）的影响。
   • 热老化试验： 评估高温环境下覆盖层的稳定性（变色、开裂、脱落等）。

检测方法的特点与选择

• 无损检测： 不破坏样品，适用于成品或过程质量控制（如厚度、连续性）。
• 破坏性检测： 通常更准确，但样品被破坏或改变（如金相法测厚、结合力测试、力学性能测试）。常用于研发、型式检验或抽样破坏评估。
• 检测方法的选择取决于金属材料种类、覆盖层类型、检测目的（研发、质量控制、验收）、精度要求、成本、样品数量和可用设备等因素。通常需要结合多种方法才能全面评估金属及覆盖层的性能。

总结

科学系统地实施金属及覆盖层检测，是保障产品质量、延长使用寿命、确保安全可靠运行不可或缺的技术手段。通过对基体性能、覆盖层特性、结合力完整性以及腐蚀防护性能等核心项目进行严格检测，能够精准识别潜在缺陷，验证工艺有效性，最终为用户提供满足设计要求和服役环境的高品质金属制品。