金属基体上金属和其它无机覆盖层检测

金属基体上金属及无机覆盖层检测：核心项目详解

金属基体表面施加金属镀层（如电镀铬、化学镀镍、热浸镀锌）或无机覆盖层（如阳极氧化膜、磷化膜、陶瓷涂层、搪瓷涂层）是提升产品耐蚀性、耐磨性、装饰性或赋予特定功能性的关键工艺。确保这些覆盖层的质量至关重要，需通过系统检测评估其性能。以下聚焦核心检测项目：

一、 覆盖层物理特性检测

1. 厚度测量：

   • 重要性： 厚度直接影响覆盖层的防护寿命、耐磨性及导电性等功能。
   • 常用方法：
     • 显微镜法： 破坏性方法。制备覆盖层与基体的横截面样品，在显微镜下直接测量。精度高，可观测微观结构，是仲裁方法。
     • 磁性测厚法： 非破坏性。适用于磁性基体（如钢）上的非磁性覆盖层（如铬、铜、锌、油漆、搪瓷）或非磁性基体上的磁性覆盖层（如镍）。便携易用。
     • 涡流测厚法： 非破坏性。适用于导电基体上的非导电覆盖层（如阳极氧化膜、陶瓷涂层）或导电基体上的导电覆盖层（需基体与覆盖层电导率差异显著）。也适用于非导电基体上的导电覆盖层。
     • 库仑法： 破坏性方法。通过电解溶解覆盖层至基体，根据溶解电量计算镀层厚度。适用于单金属镀层。
     • X射线荧光法： 非破坏性。通过测量覆盖层元素发出的特征X射线强度计算厚度。适用于多种金属镀层和多层镀层。

2. 孔隙率检测：

   • 重要性： 检测覆盖层中贯穿至基体金属的微小孔洞、裂纹或缺陷。孔隙是腐蚀发生的起点。
   • 常用方法：
     • 湿润滤纸贴置法： 适用于钢铁基体上的阴极性镀层（如铜、镍、铬）。将浸有特定测试溶液的滤纸贴于覆盖层表面，孔隙处溶液与基体铁反应生成蓝色斑点。
     • 浸渍法： 适用于阴极性镀层。将工件浸入含指示剂的测试溶液中，孔隙处产生有色斑点。
     • 电图像法： 适用于阳极性镀层（如锌、镉）。施加电压，孔隙处基体金属溶解产生腐蚀点。
     • 气体暴露法： 将工件暴露于含腐蚀性气体（如硫化氢）的环境中，孔隙处优先变色或腐蚀。

3. 硬度测试：

   • 重要性： 评价覆盖层的抗压入变形能力，反映耐磨性和机械强度。
   • 常用方法：
     • 显微维氏硬度法： 适用于较薄或小面积的覆盖层。使用微小压头，在显微镜下测量压痕对角线计算硬度。
     • 努氏硬度法： 压痕更浅长，尤其适合薄层和硬脆层（如陶瓷、阳极氧化膜）。
     • 纳米压痕法： 适用于极薄层或局部微区硬度的精确测量。

4. 表面形貌与粗糙度：

   • 重要性： 影响覆盖层外观、光泽、清洁度、摩擦系数及后续涂装结合力。
   • 常用方法：
     • 轮廓仪： 触针划过表面，记录轮廓曲线并计算粗糙度参数（Ra, Rz等）。
     • 白光干涉仪/共聚焦显微镜： 非接触式，快速获取三维表面形貌和粗糙度参数，精度高。
     • 扫描电子显微镜： 观察覆盖层的微观结构、晶粒形貌、裂纹、孔隙等。

二、 覆盖层化学成分与结构分析

1. 成分分析：

   • 重要性： 验证覆盖层合金比例、杂质含量、元素分布是否达标（如锌镍合金镀层中镍含量、阳极氧化膜封孔剂残留）。
   • 常用方法：
     • X射线荧光光谱法： 非破坏性，快速半定量/定量分析表面元素组成。
     • 辉光放电光谱法： 可进行成分深度剖析，分析覆盖层及界面元素逐层分布。
     • 能谱仪： 常配备于扫描电镜，进行微区元素定性及半定量分析。
     • 化学分析法： 破坏性方法。溶解覆盖层后，用滴定、分光光度法等测定特定元素含量（仲裁用）。

2. 相结构与显微组织观察：

   • 重要性： 了解覆盖层的晶体结构（如镀层晶粒尺寸、取向，陶瓷涂层的晶相）、缺陷及与基体结合界面状态。
   • 常用方法：
     • 金相显微镜： 观察覆盖层横截面的宏观组织、分层、孔隙、结合界面。
     • 扫描电子显微镜： 高倍率观察微观形貌、晶粒结构、裂纹扩展路径。
     • X射线衍射： 确定覆盖层材料的物相组成、晶体结构、择优取向、残余应力。

三、 覆盖层机械性能与结合强度检测

1. 结合力（附着力）测试：

   • 重要性： 评价覆盖层与基体金属之间的粘结强度，是防止剥落、起泡的关键指标。
   • 常用方法：
     • 划格法/划痕法： 定性或半定量。用硬质划针在覆盖层表面划出网格或平行线，施加剥离胶带或观察涂层是否剥落评估结合力等级。
     • 弯曲试验： 将试样反复弯曲或弯折至规定角度（90°或180°），观察覆盖层是否开裂或剥离。
     • 锉刀试验： 用锉刀以特定角度锉削覆盖层边缘，检查是否起皮。
     • 热震试验： 将试样在高温和低温环境间快速交替，利用热应力评估结合力。
     • 拉伸剥离法： 定量方法。在覆盖层上粘接特定面积的刚性块，通过拉伸试验机测量剥离力计算结合强度。
     • 划痕法： 定量方法（需专用划痕仪）。金刚石压头在覆盖层表面划动并逐渐增加法向载荷，通过声发射、摩擦力突变或光学观察确定临界载荷。

2. 耐磨性测试：

   • 重要性： 评价覆盖层抵抗摩擦、刮擦、磨粒磨损的能力（如活塞环镀铬层、工具涂层）。
   • 常用方法：
     • Taber磨耗仪： 使用旋转磨轮和标准磨料对覆盖层进行摩擦，测量重量损失或透光率变化。
     • 落砂磨损试验： 让标准砂粒在一定高度落在倾斜试样表面，测量磨穿覆盖层所需砂量。
     • 往复式磨损试验： 用对磨件在一定载荷下对覆盖层表面进行线性往复运动，测量重量损失或磨痕深度。
     • 摩擦系数测定： 评价覆盖层的润滑性或滑动性能。

四、 覆盖层耐腐蚀性能检测

1. 自然环境暴露试验：

   • 重要性： 最接近实际服役环境的评价方法，但周期长。
   • 常用方式： 大气暴露（乡村、城市、工业、海洋大气）、海水浸泡、土壤埋藏试验。

2. 加速腐蚀试验：

   • 重要性： 在可控实验室条件下加速腐蚀进程，快速筛选和比较不同覆盖层的防护性能。
   • 常用方法：
     • 中性盐雾试验： 最广泛应用。将试样暴露于连续喷雾的5% NaCl中性盐雾中，评估出现白锈、红锈的时间或评级。
     • 铜加速乙酸盐雾试验： 比中性盐雾更严酷，用于评价阴极性镀层（如铜+镍+铬装饰镀层）的耐蚀性。
     • 循环腐蚀试验： 模拟干湿交替实际环境（如盐雾+干燥+湿热循环），比单一盐雾试验更接近实际情况，相关性更好。
     • 二氧化硫腐蚀试验： 用于模拟含SO2的工业大气环境。
     • 电化学测试：
       • 极化曲线： 测量腐蚀电位、腐蚀电流密度，评价覆盖层的阳极溶解倾向和保护性。
       • 电化学阻抗谱： 无损评价覆盖层的阻挡性能（如孔隙率、膜层电阻）及界面腐蚀过程。

五、 覆盖层其他功能性检测

• 电性能： 导电涂层需测电阻率/方阻（四探针法）、接触电阻；绝缘涂层需测绝缘电阻、介电强度。
• 热性能： 耐高温涂层需测热震性、抗氧化性、热膨胀系数；隔热涂层需测导热系数。
• 光学性能： 装饰性或功能性光学涂层需测颜色、光泽度、反射率、透光率等。
• 钎焊性/可焊性： 评估镀层表面被焊料润湿的能力（如镀锡层）。
• 氢脆敏感性： 对于高强度钢基体上的电镀层（尤其是镀镉、镀锌），需进行延迟破坏试验等评估氢脆风险。

总结：

金属基体上金属及无机覆盖层的质量检测是一个多维度的系统工程，需根据覆盖层的类型、预期功能及服役环境，科学选择和组合上述检测项目。重点在于厚度、孔隙率、结合力、硬度、耐蚀性等基础性能的把控，必要时辅以成分、结构分析及特定功能检验。唯有进行全面、准确的检测评估，才能确保覆盖层有效发挥其防护作用，提升金属制品的可靠性、耐久性和价值。