Come visto nei numeri di: Canadian Finishing & Coating Prod. Rivista industriale di vernici e polveri; Metal Finishing - Organic Finishing Guidebook
di David Beamish, DeFelsko Corporation
Aggiornato: 09/13/2021
Lo spessore del rivestimento è una variabile importante che gioca un ruolo nella qualità del prodotto, nel controllo del processo e nel controllo dei costi. La misurazione dello spessore del film può essere effettuata con molti strumenti diversi. Conoscere le apparecchiature disponibili per la misurazione dello spessore della vernice e sapere come utilizzarle è utile per ogni operazione di rivestimento.
Gli aspetti che determinano quale sia il metodo migliore per la misurazione di una determinata vernice o rivestimento includono il tipo di rivestimento, il materiale del substrato, la gamma di spessori del rivestimento, le dimensioni e la forma del pezzo e il costo dell'apparecchiatura. Le tecniche di misurazione comunemente utilizzate per i film organici polimerizzati comprendono metodi non distruttivi a film secco, come la misurazione magnetica, a correnti parassite, a ultrasuoni o micrometrica, ma anche metodi distruttivi a film secco, come la sezione trasversale o la misurazione gravimetrica (di massa). Sono disponibili anche metodi per misurare lo spessore di vernici e rivestimenti in polvere prima che il film sia indurito.
I calibri magnetici per verniciatura sono utilizzati per misurare in modo non distruttivo lo spessore di un rivestimento non magnetico su substrati ferrosi. La maggior parte dei rivestimenti su acciaio e ferro viene misurata in questo modo. I calibri magnetici utilizzano uno dei due principi di funzionamento: il pull-off magnetico o l'induzione magnetica/elettromagnetica.
Gli spessimetri magnetici a strappo utilizzano un magnete permanente, una molla calibrata e una scala graduata. L'attrazione tra il magnete e l'acciaio magnetico li avvicina. Man mano che lo spessore del rivestimento che separa le due parti aumenta, diventa più facile allontanare il magnete. Lo spessore della vernice e del rivestimento si determina misurando questa forza di allontanamento. I rivestimenti più sottili hanno un'attrazione magnetica più forte, mentre i film più spessi hanno un'attrazione magnetica relativamente minore. I test con gli spessimetri magnetici sono sensibili alla rugosità della superficie, alla curvatura, allo spessore del substrato e alla composizione della lega metallica.
I calibri magnetici a strappo sono robusti, semplici, economici, portatili e di solito non richiedono alcuna regolazione di calibrazione. Sono una buona alternativa a basso costo nelle situazioni in cui gli obiettivi di qualità richiedono solo poche letture durante la produzione.
Gli spessimetri magnetici a strappo per vernici sono tipicamente modelli a matita o a quadrante con ritorno. I modelli a matita (PosiPen nella Fig. 1) utilizzano un magnete montato su una molla elicoidale che lavora perpendicolarmente alla superficie rivestita. La maggior parte degli spessimetri a matita sono dotati di magneti di grandi dimensioni e sono progettati per funzionare solo in una o due posizioni, in modo da compensare parzialmente la forza di gravità. È disponibile una versione più precisa, dotata di un magnete minuscolo e preciso per misurare su superfici piccole, calde o difficili da raggiungere. Un triplo indicatore garantisce misure precise quando il calibro di spessore è puntato verso il basso, verso l'alto o in orizzontale, con una tolleranza di ±10%.
I modelli con quadrante a ritorno (PosiTest nella Fig. 2) sono la forma più comune di calibro a trazione magnetica. Un magnete è attaccato a un'estremità di un braccio bilanciato girevole e collegato a una molla calibrata. Ruotando il quadrante con un dito, la molla aumenta la forza sul magnete e lo allontana dalla superficie. Questi spessimetri per vernici sono facili da usare e hanno un braccio bilanciato che consente loro di lavorare in qualsiasi posizione, indipendentemente dalla gravità. Sono sicuri in ambienti esplosivi e sono comunemente utilizzati da imprese di verniciatura e piccole operazioni di verniciatura a polvere. La tolleranza tipica è di ±5%.
DeFelsko produce 2 misuratori di spessore per verniciatura a strappo, il modello PosiPen e PosiTest.
I misuratori di vernice a induzione magnetica utilizzano un magnete permanente come sorgente del campo magnetico. Per rilevare la densità del flusso magnetico in corrispondenza di un polo del magnete, si utilizza un generatore a effetto Hall o un magnetoresistore. I misuratori di vernice a induzione elettromagnetica utilizzano un campo magnetico alternato. Per produrre un campo magnetico si utilizza un'asta ferromagnetica morbida avvolta da una bobina di filo sottile. Una seconda bobina di filo viene utilizzata per rilevare le variazioni del flusso magnetico.
Questi misuratori elettronici di vernice misurano la variazione della densità di flusso magnetico sulla superficie di una sonda magnetica quando questa si avvicina a una superficie di acciaio. L'entità della densità di flusso sulla superficie della sonda è direttamente correlata alla distanza dal substrato di acciaio. Misurando la densità di flusso è possibile determinare lo spessore del rivestimento.
Gli spessimetri magnetici elettronici (ad esempio, PosiTector 6000 Serie F, PosiTest DFT Ferrous) sono disponibili in molte forme e dimensioni. Di solito utilizzano una sonda a pressione costante per fornire letture costanti che non sono influenzate da operatori diversi. Le letture dello spessore della vernice vengono visualizzate su un display a cristalli liquidi (LCD). I misuratori di spessore possono essere dotati di opzioni per la memorizzazione dei risultati di misura, l'analisi istantanea delle letture e l'invio dei risultati a una stampante o a un computer per ulteriori esami. La tolleranza tipica è di ±1%.
Per ottenere risultati più accurati, è necessario seguire attentamente le istruzioni del produttore. Standard sono disponibili i metodi di prova ASTM D 1186, D 7091-05, ISO 2178 e ISO 2808.
Le tecniche a correnti parassite sono utilizzate per misurare in modo non distruttivo lo spessore di rivestimenti non conduttivi su substrati metallici non ferrosi. Una bobina di filo sottile che conduce una corrente alternata ad alta frequenza (superiore a 1 MHz) viene utilizzata per creare un campo magnetico alternato sulla superficie della sonda dello strumento. Quando la sonda di spessore del rivestimento viene avvicinata a una superficie conduttiva, il campo magnetico alternato genera correnti parassite sulla superficie. Le caratteristiche del substrato e la distanza della sonda dal substrato (lo spessore del rivestimento) influenzano l'entità delle correnti parassite. Le correnti parassite creano un campo elettromagnetico opposto che può essere rilevato dalla bobina eccitante o da una seconda bobina adiacente.
Gli spessimetri per rivestimenti a correnti parassite (ad esempio, PosiTector 6000 Serie N) hanno l'aspetto e il funzionamento di spessimetri magnetici elettronici. Sono utilizzati per misurare lo spessore di vernici e rivestimenti su tutti i metalli non ferrosi. Come i calibri magnetici elettronici, utilizzano generalmente una sonda a pressione costante e visualizzano i risultati su un display LCD. Possono anche essere dotati di opzioni per la memorizzazione dei risultati di misura o per l'analisi istantanea delle letture e l'invio a una stampante o a un computer per ulteriori esami. La tolleranza tipica è di ±1%. I test sono sensibili alla rugosità della superficie, alla curvatura, allo spessore del substrato, al tipo di substrato metallico e alla distanza da un bordo.
Standard I metodi per l'applicazione e l'esecuzione di questo test sono disponibili in ASTM B244, ASTM D1400, D7091 e ISO 2360.
È ormai comune che gli spessimetri per vernici incorporino sia il principio magnetico che quello delle correnti parassite in un'unica unità (ad esempio, PosiTector 6000 FN, PosiTest DFT Combo). Alcuni semplificano il compito di misurare la maggior parte dei rivestimenti su qualsiasi metallo, passando automaticamente da un principio di funzionamento all'altro, a seconda del substrato. Questi misuratori mil di vernice combinati sono molto apprezzati dai verniciatori e dai rivestimenti in polvere.
La tecnica a ultrasuoni pulse-echo degli spessimetri per verniciatura a ultrasuoni (ad es. PosiTector 200) è utilizzata per misurare lo spessore dei rivestimenti su substrati non metallici (plastica, legno, ecc.) senza danneggiare il rivestimento.
La sonda del misuratore di vernice contiene un trasduttore a ultrasuoni che invia un impulso attraverso il rivestimento. L'impulso si riflette dal substrato al trasduttore e viene convertito in un segnale elettrico ad alta frequenza. La forma d'onda dell'eco viene digitalizzata e analizzata per determinare lo spessore del rivestimento. In alcune circostanze, è possibile misurare singoli strati di un sistema multistrato.
La tolleranza tipica per questo dispositivo è di ±3%. Standard metodi per l'applicazione e l'esecuzione di questo test sono disponibili in ASTM D6132.
Per ulteriori informazioni sui misuratori di spessore per verniciatura a ultrasuoni, consultare"Utilizzo dei misuratori di spessore per rivestimenti a ultrasuoni".
I micrometri sono talvolta utilizzati per controllare lo spessore del rivestimento. Hanno il vantaggio di poter misurare qualsiasi combinazione rivestimento/substrato, ma lo svantaggio di richiedere l'accesso al substrato nudo. La necessità di toccare sia la superficie del rivestimento che il lato inferiore del substrato può essere limitante e spesso non sono abbastanza sensibili per misurare rivestimenti sottili.
È necessario effettuare due misurazioni: una con il rivestimento e l'altra senza. La differenza tra le due letture, la variazione di altezza, è considerata lo spessore del rivestimento. Sulle superfici ruvide, i micrometri misurano lo spessore del rivestimento al di sopra del picco più alto.
Una tecnica distruttiva consiste nel tagliare il pezzo rivestito in sezione trasversale e misurare lo spessore del film osservando il taglio al microscopio. Un'altra tecnica di sezione trasversale utilizza un microscopio in scala per visualizzare un'incisione geometrica attraverso il rivestimento a film secco. Uno speciale strumento di taglio viene utilizzato per praticare una piccola e precisa scanalatura a V attraverso il rivestimento e nel substrato. Sono disponibili calibri completi di punte da taglio e lente di ingrandimento illuminata.
Sebbene i principi di questo metodo distruttivo siano facili da comprendere, esistono possibilità di errore di misurazione. La preparazione del campione e l'interpretazione dei risultati richiedono abilità. La regolazione del reticolo di misurazione su un'interfaccia frastagliata o indistinta può creare imprecisioni, soprattutto tra operatori diversi. Questo metodo viene utilizzato quando non è possibile utilizzare metodi non distruttivi a basso costo o come metodo di conferma dei risultati non distruttivi. ASTM D 4138 descrive un metodo standard per questo sistema di misurazione.
Misurando la massa e l'area del rivestimento, si può determinare lo spessore. Il metodo più semplice consiste nel pesare il pezzo prima e dopo il rivestimento. Una volta determinate la massa e l'area, lo spessore viene calcolato con la seguente equazione:
dove T è lo spessore in micrometri, m è la massa del rivestimento in milligrammi, A è l'area testata in centimetri quadrati e d è la densità in grammi per centimetro cubo.
È difficile mettere in relazione la massa del rivestimento con lo spessore quando il substrato è ruvido o il rivestimento non è uniforme. I laboratori sono i più attrezzati per gestire questo metodo che richiede tempo e spesso è distruttivo.
I misuratori di spessore a film umido aiutano a determinare la quantità di materiale da applicare a umido per ottenere uno specifico spessore a film secco, a condizione che sia nota la percentuale di solidi in volume. Misurano tutti i tipi di rivestimenti organici umidi, come pitture, vernici e lacche, su superfici lisce piane o curve.
La misurazione dello spessore del film umido durante l'applicazione identifica la necessità di correzioni e aggiustamenti immediati da parte dell'applicatore. La correzione del film dopo l'essiccazione o l'indurimento chimico richiede un costoso tempo di lavoro aggiuntivo, può portare alla contaminazione del film e può introdurre problemi di adesione e integrità del sistema di rivestimento.
Le equazioni per determinare il corretto spessore del film umido (WFT), sia con che senza diluente, sono le seguenti:
Senza diluente:
Con diluente:
Il film umido viene misurato più spesso con un pettine o una ruota per film umido. Il pettine per film umido è una piastra piatta in alluminio, plastica o acciaio inox con tacche calibrate sul bordo di ciascuna faccia. Il calibro viene posizionato in modo uniforme e stabile sulla superficie da misurare subito dopo l'applicazione del rivestimento e quindi rimosso. Lo spessore del film umido è compreso tra la tacca più alta del rivestimento e la tacca successiva non rivestita. Le misurazioni con calibro a intaglio non sono né precise né sensibili, ma sono utili per determinare lo spessore approssimativo del film umido di rivestimenti su articoli in cui le dimensioni e la forma impediscono l'uso di metodi più precisi. (ASTM D1212).
Il calibro deve essere usato su superfici lisce, prive di irregolarità e deve essere usato sulla lunghezza, non sulla larghezza, delle superfici curve. L'uso di un calibro per film umido su rivestimenti ad asciugatura rapida produrrà misure imprecise. L'ASTM D4414 descrive un metodo standard per la misurazione dello spessore del film umido mediante calibri a intaglio.
Una ruota per film umido (rullo eccentrico) utilizza tre dischi. Il calibro viene fatto rotolare nel film umido finché il disco centrale non tocca il film umido. I rivestimenti in polvere possono essere misurati prima dell'indurimento con un semplice pettine manuale o con un calibro a ultrasuoni. Il pettine per film in polvere non polimerizzato funziona in modo simile al calibro per film umido. Il pettine viene trascinato attraverso il film di polvere e lo spessore è compreso tra il dente numerato più alto che ha lasciato un segno e su cui si è aggrappata la polvere e il dente successivo più alto che non ha lasciato alcun segno e su cui non si è aggrappata la polvere. Questi calibri sono relativamente economici e hanno una precisione di ±5 mm. Sono adatti solo come guida, poiché il film polimerizzato può essere diverso dopo il flusso. I segni lasciati dal calibro possono influenzare le caratteristiche del film polimerizzato.
Un dispositivo a ultrasuoni, come il PosiTest PCpuò essere utilizzato in modo non distruttivo su polveri non polimerizzate su superfici metalliche lisce per prevedere lo spessore del film polimerizzato. La sonda viene posizionata a breve distanza dalla superficie da misurare e la lettura viene visualizzata sul display LCD del dispositivo. L'incertezza di misura è di ±5 mm.
Gli spessimetri per rivestimenti sono calibrati su standard di spessore noti. Esistono molte fonti di standard di spessore, ma è meglio assicurarsi che siano tracciabili da un istituto di misurazione nazionale come il NIST (National Institute of Standards & Technology). È inoltre importante verificare che gli standard siano almeno quattro volte più precisi del calibro che verranno utilizzati per la taratura. Un controllo regolare rispetto a questi standard verifica il corretto funzionamento del calibro. Quando le letture non soddisfano le specifiche di accuratezza del calibro, il calibro deve essere regolato o riparato e quindi calibrato di nuovo.
Lo spessore del film nei rivestimenti può avere un grande impatto sui costi e sulla qualità. La misurazione dello spessore del film dovrebbe essere un evento di routine per tutti i verniciatori. Il misuratore di vernice corretto da utilizzare dipende dalla gamma di spessori del rivestimento, dalla forma e dal tipo di substrato, dal costo del misuratore di vernice e dall'importanza di ottenere una misura accurata.
DAVID BEAMISH (1955 - 2019), ex presidente di DeFelsko Corporation, produttore con sede a New York di strumenti portatili per l'ispezione dei rivestimenti venduti in tutto il mondo. Laureato in ingegneria civile, ha maturato oltre 25 anni di esperienza nella progettazione, produzione e commercializzazione di questi strumenti di prova in diversi settori internazionali, tra cui la verniciatura industriale, l'ispezione della qualità e la produzione. Ha condotto seminari di formazione ed è stato membro attivo di varie organizzazioni, tra cui NACE, SSPC, ASTM e ISO.
