涂 层 性 能 的 检 测
1.1 概 述
制备涂层的目的是为了应用。不同功能的涂层，或者用不同方法制备的具有同一功能的涂层，其性能测试也不完全相同。不同方法制备的涂层性能测试基本上都有国标规定。本章将简介一下涂层测试中有共性的内容，更具体的有关每种涂层功能的测试方法，读者可参看有关国标。
涂层测试中有共性的内容主要指：（1）外观；（2）厚度；（3）耐磨性；（5）密度及孔隙率；（6）硬度；（7）结合强度或附着力。其他涂层的特殊测试性能有：耐热性、抗高温氧化性、亲水性、绝缘性、导电性、电磁屏蔽性、抗海洋生物吸附性、生物相容性、脆性、钎焊性等等。
评定涂层性能的指标有不少是共同的，但是所有涂层都要求同样的指标，这取决于使用要求。表1-1给出涂层检测中有共性的指标，本章的讨论也以此为重点。
表 1-1 涂层检测的内容及方法
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序号
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项目
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检测目的
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检测内容
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主要检测方法
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1
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外观
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表面状态
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1.表面缺陷（如裂纹、针孔、翘皮、变形等）
2. 表面粗糙度
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低倍放大镜
粗糙度仪
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2
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厚度
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厚度是否符合涉及要求
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1.最小厚度
2.平均厚度
3.均匀性
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无损检测
金相检测
工具显微镜
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3
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耐蚀性
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涂层在要求介质中的耐蚀性能
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1.涂层电位
2.涂层在腐蚀介质中的腐蚀速率
3.抗大气及介质浸渍腐蚀性
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电位测定
中性盐雾试验
铜盐加速腐蚀试验，浸泡试验等
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4
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耐磨性
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涂层耐磨特性
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绝对磨损量
相对磨损性
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磨损试验机
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5
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密度及孔隙率
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涂层致密性
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1.涂层密度
2.涂层孔隙率
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直接称重法、浮力法、金相法
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6
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硬度
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涂层硬度
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1.宏观硬度
2.微观硬度
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硬度计
金相法
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7
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结合强度或附着力
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涂层自身及其与基体结合的状况
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1.抗拉、剪切、抗弯、抗压强度
2.附着力
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1.涂层拉伸、压缩、弯曲、剪切试验
2.杯突试验
3.栅格试验等
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1.2 涂层的外观检验
1.2.1 外观检验的内容
1.2.1.1 检测内容
涂层外观检验一般包含下列内容。
（1） 表面缺陷 例涂层表面的气泡、麻点、针孔、斑点、烧焦等。
（2） 粗糙度 涂层表面平整及光洁的程度。
（3） 光泽度 涂层表面的光洁性。
（4） 覆盖性 按要求所制备的涂层是否全部将应覆盖的基体覆盖上。
（5） 色泽 应按设计要求达到所需的色泽，此点对装饰性涂层尤为重要。
1.2.1.2 检测方法
涂层外观检测方法一般尤下述两种。
（1）用眼目测 这是最通用的方法，要求检测者熟悉有关标准及涂层制备工艺，还要有足够的经验。
（2）仪器 例如粗糙度测量。色泽检查可用仪器，但目测法也较多用。
1.2.2 涂层表面缺陷检测
1.2.2.1 表面缺陷的种类及特点
(1) 针孔 指涂层表面的一类像针尖凿过的类似的细孔，其疏密分布不尽相同，但在放大镜下观察则大小，形状类似。如热喷涂层的针孔是大量雾化粒子堆集时产生的，而电镀层的针孔是由电镀过程中的氢气泡吸附而产生的。
（2）脱皮 指涂层与基体（或底涂层）剥落的开裂状缺陷。脱皮通常是由于前处理不彻底造成的。如在进行金属热喷涂时，若前处理的打砂粗糙度不够，则喷涂所得的金属涂层极易脱皮。
（3）麻点 指涂层表面分布的不规则的凹坑、其特征是形状、大小、深浅不一。电镀涂层麻点一般是由于电镀过程中异物粘附造成的。其他涂层大多由基体本身缺陷造成。
（4）鼓泡 指涂层表面隆起的小泡。其特征是大小、疏密不一，且与基体分离。鼓泡一般在锌合金、铝合金上的涂层较为明显。
（5）疏松 指涂层表面局部呈豆腐渣状结构。在金属热喷涂过程中，由于遮蔽效应，往往产生疏松。
（6）斑点 指涂层表面的一类色斑、暗斑等缺陷。在电镀过程中，若沉积不良，异物粘附或钝化液清洗不彻底，易产生斑点。
（7）毛刺 指涂层表面一类凸起的且有刺手感觉的尖锐物。其特点是在电镀向上面或高电流密度区较为明显。
（8）雾状 指涂层表面存在程度不一的雾状覆盖物，多数产生与光亮涂层表面。
（9）阴阳面 指涂层表面局部亮度不一或色泽不一的缺陷。多数情况下在同类产品中表现出一定的规律性。
除上述表面缺陷之外，涂层表面有时还有其他一些缺陷，如擦伤、水迹、丝流、树枝状等。
1.2.2.2 表面缺陷的检测
进行涂层外观检测时，首先，要先将涂层用清洁软布或棉纱揩去表面污物，或用压缩空气吹干净。其次，检测要全面、细微。再次，检测依据是有关标准或技术要求。一般说来，不管是什么涂层，若有下列缺陷则是不允许的。
（1）明显的气孔、气泡、堆流和起皱现象；
（2）主要表面上存在麻点、灰渣、污浊及涂层明显不均匀；
（3）有严重的脱落、磨损、发黏、漏涂；
（4）装饰性涂层，色泽及均匀性严重不合标准。
1.2.3 涂层表面粗糙度的检测
1.2.3.1 什么是涂层表面粗糙度
涂层表面粗糙度指涂层表面具有较小间距和微观峰谷不平等的微观几何特性。涂层表面几何形状误差的特征是凸凹不平。凸起处称为波峰，凹处称为波谷。两相邻波峰或波谷的间距称为波距（L）。相邻波峰与波谷的水平差称为波幅（H），见图6-1。
图1-1 表面粗糙度
表面几何形状误差根据涂层波幅对波距的比值大小可分为形状误差、波纹度和粗糙度三类。即：
①L / H > 1000 时，称为表面形状误差；
②50 < L / H < 1000时，称为表面波纹度；
③0 < L / H < 50 时，称为表面粗糙度。
一般说来，涂层表面粗糙度越低，光亮度愈高，涂层外观质量也就愈好。但是粗糙度和光亮度是两个不同的概念，不可混为一谈。而且，两者不总是一致的。有些涂层可能光亮度很好，但粗糙可能并不低；有些涂层的光亮度差，但其粗糙度却很低（即光洁度高）。不仅是装饰涂层，即便是耐磨涂层或减摩涂层，粗糙度也是一个很重要的性能指标。
1.2.3.2 涂层表面粗糙度的检测
（1）检测方法
涂层表面粗糙度测量术语微观长度计量。目前采用的方法主要有比较法（样板对照法），针描法（接触量法）和光切法等几种。
（2）检测中的注意事项
①测量方向 如图1-2所示，测量方向不同，结果也不同。在图1-2中，只是A为垂直加工刀纹测量，能真实反应表面粗糙度，即其粗糙度值Ra和Rz值最小。这里Ra及Rz的含义如下。
Ra:称轮廓算数平均值。指在基本长度内，被测轮廓上各点至轮廓中线距离（取其绝对值）的总和的平均值。故Ra的几何意义是涂层表面的截面积轮廓曲线。
Rz:称轮廓微观不平度10点高度值。指在取样长度内5个最大的轮廓峰高的平均值与5个最大的轮廓谷深的平均值之差，亦称Rz是10点平均高度值。
Ra值可直接通过专用粗糙度仪测得，而Rz值则不可直接测出，故工程上选用Ra值较多。Ra及Rz均为表面粗糙度特征参数。
②测量部位 要选择涂层中有代表性的部位测量。因为涂层各部分可能粗糙度不一样。
③表面缺陷不可计入粗糙度计算中。
④基本长度和测量长度应按规定进行，以防止形状误差和波纹度对测量的影响。
以下主要介绍比较法和轮廓仪法。
样板对照法 样板对照法属于比较法中的目测法，是粗糙度的一种定性测量方法。即将待测涂层表面与标准板进行比较。若受检涂层与某一样板一致，即可认为此样板的粗糙度是此涂层的粗糙度。
轮廓仪测量法 轮廓仪测量法属于针描法（也称之为接触测量法），是一种表面粗糙度的定量测试方法。其类型可有机械式、光电式及电动式等几种。常用国产电动式轮廓仪为“GCN-2”型。电动式轮廓仪工作原理是：当传动器使测量传感器的金刚石针尖在被测涂层表面平稳移动一段距离时，由金刚石针尖顺着被涂层表面上波峰与波谷上下位移产生一定震动量其震动量大小通过压电晶体转化为微弱电能，然后经晶体管放大器放大并整流后，在仪表上直接读出被测涂层表面粗糙度相应的表征参数Ra值。此Ra值即是该被测涂层的粗糙度。
1.2.4 涂层表面光泽度的检测
1.2.4.1 涂层表面光泽度的概念
涂层表面光泽度是指涂层表面在一定照度和一定角度入射光作用下的反射光比率或强度。涂层反射光的比率或强度越大，涂层光泽度越高。光泽度又称光亮度。
涂层表面光泽度的测量方法有3种。（1）目测法；（2）样板对照法；（3）光度计法。前两种检测方法有一定主观性，往往因人而异，测量不够准确。第3种方法较客观，尤其四对平面涂层检测效果较好，但也存在一定困难，主要是不能区分各种光亮涂层的差别。
1.2.4.2 目测法
对涂层光亮度用目测法确定光亮级别的条件是：照度为300lx(相当于40W日光灯在500mm处的照度)。
目测法分级参考标准如下。
1级（镜面光亮）涂层光亮如镜，能清晰地看出人的五官和眉毛。
2级（光亮）涂层表层光亮，能看出人的五官和眉毛，但眉毛部分不够清晰。
3级（半光亮） 涂层表面光亮较差，但能看出人的五官轮廓，眉毛部分模糊。
4级（无光亮） 涂层基本上无光泽，看不清人的面部五官轮廓。
1.2.4.3 样板对照法
作为目测法的一种改进，可用标准光亮样板（不同级别）与待测涂层进行比较，标准样板分下述4级。
1级光泽度样板 经加工标定粗糙度为0.04µm<Ra<0.8µm的铜质（或铁质）试片，电镀光亮镍套铬后抛光而成。
2级光泽度样板 经加工标定粗糙度为0.08µm<Ra<0.16µm的铜质（或铁质）试片，电镀光亮镍套铬后抛光而成。
3级光泽度样板 经加工标定粗糙度为0.16µm<Ra<0.32µm的铜质（或铁质）试片，电镀光亮镍套铬后抛光而成。
4级光泽度样板 经加工标定粗糙度为0.32µm<Ra<0.63µm的铜质（或铁质）试片，电镀光亮镍套铬后抛光而成。
1.2.4.4 光度计测量法
光度计测涂层光泽度在国内外较少应用。有待于进一步研究。目前很多涂层光泽度测试还是靠目测或比较法，这样做是不够客观的。例如市售人工水晶钻石，其化学镀银层的“白度”在钻石涂层制备后的光泽度——“白度”检测中一直是靠目测，主观性很大。而光度计，例如用分光光度计平均波长为430～490µm时，将二氧化钛反射率作为100表示“白度”，测定各种锌镀层的“白度”。
1.2.5 几种涂层外观检测举例
1.2.5.1 磷化膜外观的检验
目测磷化膜应是均匀、连续、致密的晶体结构。呈灰色或灰黑色，表面不应有未磷化的残余空白或锈迹。由于前处理方法及效果的不同，允许出现色泽不一的磷化膜，但不允许出现褐色。
6.2.5.2 热喷涂锌涂层外观的检验
热喷涂锌涂层外观要求并不严格，因为不是装饰涂层，主要用于防腐蚀，且锌涂层表面还要加封闭涂层、涂料涂层或其他精饰层。故只要求无漏涂（喷）、无附着不牢，甚至允许每平方米的累计损伤面积低于5cm2,单个损伤面积低于5mm2,这一方面是工件的特殊情况所致；另一方面也考虑到喷锌层的特点是具有牺牲保护作用，只要锌涂层存在就有保护作用。但是，若损伤过大，则应修补。
1.2.5.3 涂料涂装漆膜外观检验
主要是观察漆膜是否有缺陷。如缩孔、针孔等。
1.2.5.4 堆焊层外观检验
用目测法或借助低倍放大镜检查堆焊层表面有无技术文件规定的不允许存在的缺陷。如裂纹、未熔合、弧坑、焊瘤等。
1.2.5.5 电镀镍涂层外观检验
在镀件主要表面上不应有明显的镀层缺陷。例如鼓泡、孔隙、粗糙、裂纹、局部漏镀区、花斑或变色。在非主要表面上可允许的镀层缺陷程度和主要表面上不可避免的挂具痕迹的位置由需方规定。
1.2.5.6 工程用铜电镀层的外观检验
在主要表面上，镀层应光滑平整，不应有明显的缺陷。如起泡麻点、粗糙、裂纹、剥皮、烧焦及漏镀处。局部电镀层（如防渗碳镀铜）的边界应无毛刺、结瘤或其他有害的不规则边缘。非主要表面上可允许的镀层缺陷及其程度应由需方规定。主要表面上不可避免的挂具痕迹的状况及其位置也应由需方作出规定，必要时可由供方提出修改意见，但由需方认可。
1.2.6 有关涂层外观检验的标准举例
（1） GB 12333-90 金属覆盖层 工程用铜电镀层
（2） GB/T 9798-1997 金属覆盖层 镍电沉积层
（3） GB/T 9799-1997 金属覆盖层 钢铁上的锌电镀层
（4） GB/T 12599-1990 金属覆盖层 镍+铬和铜+镍+铬电沉积层
（5） GB/T 9797-1997 金属覆盖层 镍+铬和铜+镍+铬电沉积层
（6） GB/T 12600-1990 金属覆盖层 塑料上铜+镍+铬电镀层
1.3 涂层的厚度检验
涂层的厚度检验包括局部厚度检验和平均厚度检验两个内容。其检测方法分为非破坏性检验（无损检测）及破坏性检验两种方法。
非破坏性检验方法有：磁性法、涡流法、X射线荧光测厚法、β射线反向散射法、光切显微镜法及能普法等。破坏性检验方法有：点滴法、液流法、化学溶解法、电量法（库仑法）、金相显微镜法、轮廓法及干涉显微镜法等。
1.3.1 涂层非破坏型厚度检测方法
1.3.1.1 磁性法（详见GB 4956）
（1）适用范围
本方法适用于磁性金属基体上非磁性涂层的厚度测量。磁性测厚仪目前已有多种商品，国产的如CH-1型、DHC-1型、QCC-A型多种。由于这种方法简便，在现场中大多用此法。
（2）测量方法
这种方法在测量之前应在标样上进行系统调节，以确保测量精度。对涂层局部厚度测量一般采用下列惯例进行。对有效表面小于1cm2的工件1～3点测量；对有效面积大于1cm2的表面，在选择的基准面内作9点10次测量，第一次与第十次重合，测量点安排见图6-3。
图1-3 测量点安排
（3）测量影响因素
测量中可能有下述因素影响测量值。
①基体金属本身某些因素的影响，如厚度、磁性、曲率、表面粗糙度、机械加工方向和剩磁等。
②涂层本身某些因素的影响，如厚度、导电率、表面粗糙度等。
③外来因素的影响，如周围的磁场和外来附着物等。
④测量技巧的影响，如探头压力、探头取向和边缘效应等。
上述各种影响因素可按GB 4956的规定予以排除。
（4）基准表面的确定
①基准表面的大小 当测量有效表面小于1cm2的工件局部厚度的基准表面时，应取试件的整个有效表面；当测量有效表面大于1cm2的工件局部厚度的每个基准表面面积时应取1cm2（尽可能取边长1cm2的正方形）。
②基准表面的个数与位置的确定 基准表面个数的确定必须使基准表面的总面积不小于有效表面面积的5%，基准表面的位置应均匀分布在整个有效表面上。
（5）工作原理
磁性法工作原理是以探头对磁性基体磁通量或互感电流为基准，利用其表面的非磁性镀层（如热喷涂Al、Zn涂层，或化学保护层）的厚度的不同，对探头磁通量或互感电流的线性变化值来测定涂层的厚度。故此法适用于磁性基体上的非磁性镀层或化学保护层的厚度测量。
1.3.1.2 涡流方法（详见GB 4957）
(1)适用范围
本方法适用于非磁性金属基体上非导电涂层的厚度测量。例如，运用任何热喷涂工艺在非磁性金属基体上制备的非导电涂层，均可用此种方法进行无损测厚。同时也要指出，涡流测厚法同样适用于磁性基体上的各种非磁性镀层或化学保护层，也可用来测量阳极氧化膜层的厚度。国产涡流厚度仪有JWH-1,JWH-3,7504型等多种。
（2）工作原理
将探头（内有高频电流线圈）置于涂层上，在被测涂层内产生高频磁场，由此引起金属内部涡流，此涡流产生的磁场又反作用与探头内线圈，令其阻抗变化。随基体表面涂层厚度的变化，探头与基体金属表面的间距改变，反作用于探头线圈的阻抗亦发生相应改变。由此，测出探头线圈的阻抗值就可间接反映出涂层的厚度。
1.3.1.3 X射线荧光法
（1）适用范围
这种方法可用于测量任何金属或非金属基体上15µm以下各种金属涂层的厚度，可以对面积极小的试样和极薄（百分之几µm）的涂层、形状极复杂的试样进行测厚。该法也可用于同时测量基体多层涂覆的复合层厚度，还可以在测量二元合金（如Pb-Sn合金等涂层）厚度的同时，测出合金涂层的成分（成分分析）。
（2）影响测试精度的因素
①当涂层中存在基体金属成分或基体中存在涂层基体金属成分时（如测量钢铁基体上的镍铁合金、锌铁合金、铝铁合金等涂层）。
②当被测涂层的化学成分与标定标准样品成分差异很大时。
③基体上涂层在二层以上时。
在此述情况下会产生测量误差，应进行修正。
（3）工作原理
利用X射线激发涂层或基体金属材料的特性X射线，通过测量被测涂层衰减之后的X射线强度来测定涂层的厚度。
1.3.1.4
（1）适用范围
各种贵金属涂层的厚度测量，也可测量金属或非金属基体上厚度为2.5µm以下的非金属薄涂层厚度。
（2）工作原理
用放射性同位素（如钜-Pm147等）释放出β射线，β射线射向涂层样板后，一部分进入金属的β射线被反射会探测器，被反射的β粒子强度是被测涂层种类和厚度的函数。据此，可测得涂层厚度。
（3）涂层厚度值的修正
β射线测厚仪是一个测量β射线反射强度的仪器，其厚度值是通过标准样品的定标得出的。若被测涂层与标准试样涂层成分、密度、基体种类及表面曲率有差异时，可根据下式予以修正。
被测试样涂层厚度=β射线仪读数×
1.3.2 涂层破坏性厚度检验方法
1.3.2.1 计时液流法
（1）一般适用范围
一般适用于金属基体上的防护性涂层和防护-装饰性涂层。例如，钢铁基体上的铜、镍、铬、锌、镉、锡、银，以及铜锡、锌铜合金等涂层。也可用复合涂层（如钢-镍，铜-镍-铬，铜锡合金-铬等）测量各涂层的厚度。被测涂层一般应不小于0.3cm2 。
（2）工作原理
计时液流法属于一种化学测厚法。其工作原理是以一定成分的呈细流装的试液按一定流速流向局部被测涂层表面，涂层在溶液的作用下被溶解。直接观察直到涂层被完全溶解露出基体金属为止，测出涂层完全溶解所需的时间，通过适当计算即可求得所测涂层的厚度。
（3）计时液流的溶液成分
考虑到不同涂层的溶解效果和终点显示等因素，并要求在不同温度下每秒钟内溶解量恒定，严格规定了针对不同涂层及相应基体或中间涂层的各类试液，见表6-2.试液中成为化学纯(三级)以上，溶剂是蒸馏水。
表1-2 计时液流法使用的溶液成分
|
序号
|
涂层
|
基体或中间层
|
成分
|
含量/（g/L）
|
终点特征
|
|
1
|
锌
|
钢
|
硝酸铵 NH4NO3
|
70
|
呈玫瑰色斑点
|
|
硫酸铜 CuSO4·5H2O
|
7
|
|
盐酸溶液 1mol/L,HCl
|
70ml/L
|
|
2
|
镉
|
钢、铜和铜合金
|
硝酸铵 NH4NO3
|
70
|
呈现基体金属颜色
|
|
盐酸溶液 1mol/L,HCl
|
10 ml/L
|
|
3
|
铜
|
钢、锌合金
|
氯化铁 FeCl3·6H2O
|
300
|
钢呈红色斑点铜锌合金呈黑色斑点
|
|
硫酸铜CuSO4·5H2O
|
100
|
|
4
|
镍
|
钢、铜和铜合金
|
氯化铁 FeCl3·6H2O
|
300
|
钢上呈红色斑点，铜和铜合金露出基体
|
|
硫酸铜CuSO4·5H2O
|
100
|
|
5
|
铬
|
钢、镍
|
盐酸（密度1.9）HCl
|
220 ml/L
|
呈现红色斑点或铜环
|
|
硫酸（密度1.84）H2SO4
|
100 ml/L
|
|
氯化铁 FeCl3·6H2O
|
60
|
|
硫酸铜CuSO4·5H2O
|
30
|
|
酒精 C2H5OH
|
100 ml/L
|
|
6
|
银
|
铜和铜合金
|
碘化钾 KI
|
250
|
呈现 基体金属
|
|
碘 I2
|
7.5
|
|
7
|
锡
|
钢、铜和铜合金
|
氯化铁 FeCl3·6H2O
|
15
|
呈红色斑点
|
|
硫酸铜CuSO4·5H2O
|
30
|
|
盐酸 HCl
|
60
|
|
8
|
铜
青铜
黄铜
|
钢
|
氯化镍 NiCl3·H2O
|
150
|
呈黑色斑点
|
|
盐酸（密度1.9）HCl
|
150 ml/L
|
|
醋酸CH3COOH
|
250 ml/L
|
|
三氯化锑 SbCl3
|
31
|
（4）涂层局部厚度计算
厚度计算公式
h=ht·t
式中 h——涂层局部厚度，µm；
ht——在一定温度下，每秒钟内试液所溶解的涂层厚度，µm/s;
t——消耗时间，s。
各种涂层在不同温度下的ht值见表6-3。对于某些涂层在计算涂层厚度时，需引入校正系数。计算公式为
h=K·ht·t
式中 K——相应于某一涂层的校正系数，见表6-4及表6-5。
表1-3 用计时液流法测定涂层厚度时的ht值
|
镀层种类
溶液温度/℃
|
1秒钟所溶解的镀层厚度ht/µm
|
|
镀锌层
|
镀镉层
|
镀铜层
|
镀镍层
|
镀铬层
|
镀银层
|
镀锡层
|
铜-锌合金镀层
|
铜-锡合金镀层
|
|
溶液3
|
溶液7
|
|
5
6
7
8
9
10
|
0.410
0.425
0.440
0.455
0.470
0.490
|
|
|
|
|
|
|
0.370
|
|
0.419
|
|
11
12
13
14
15
|
0.500
0.515
0.530
0.542
0.560
|
0.190
0.195
0.201
0.207
|
0.538
0.568
0.602
0.641
|
0.443
0.470
0.498
0.526
|
0.236
0.262
0.294
0.333
|
0.094
|
0.320
0.340
|
0.382
0.394
0.405
0.420
0.432
|
0.526
0.560
|
0.442
0.465
0.490
0.510
0.530
|
|
16
17
18
19
20
|
0.571
0.589
0.610
0.630
0.645
|
0.211
0.217
0.223
0.229
0.235
|
0.685
0.735
0.794
0.862
0.926
|
0.560
0.594
0.629
0.664
0.699
|
0.376
0.424
0.467
0.493
0.521
|
0.101
0.109
0.120
0.131
0.139
|
0.355
0.367
0.380
0.390
0.403
|
0.441
0.455
0.470
0.485
0.500
|
0.594
0.629
0.664
0.699
0.734
|
0.548
0.570
0.587
0.608
0.635
|
|
21
22
23
24
25
|
0.670
0.690
0.715
0.740
0.752
|
0.241
0.247
0.253
0.260
0.265
|
0.980
1.042
1.099
1.163
1.220
|
0.734
0.768
0.802
0.836
0.870
|
0.546
0.575
0.606
0.541
0.671
|
0.147
0.156
0.164
0.169
0.174
|
0.413
0.420
0.431
0.439
0.450
|
0.512
0.530
0.545
0.562
0.580
|
0.768
0.802
0.836
0.870
|
0.652
0.675
0.694
0.718
0.735
|
|
26
27
28
|
0.775
0.790
0.808
|
0.272
0.279
0.286
|
1.266
1.333
1.389
|
|
0.685
0.710
0.740
|
|
0.460
|
0.598
0.612
0.630
|
|
0.757
0.778
0.800
|
表1-4 几种涂层的校正系数 K
|
序号
|
涂层
|
溶液种类
|
试液编号
|
校正系数K
|
|
1
2
3
4
5
|
铜
镉
光亮镀铬
无光铬（乳白铬）
无光铬
|
氰化物
硫酸盐
铬酸、硫酸
自动调节电解液
铬酸盐电解液
|
3
2
4
4
4
|
1.35
0.7
1.09
1.04
1.30
|
表1-5 用不同光亮剂的镍层的校正系数K
|
溶解涂层时所需要的时间/s
|
使用的光亮剂种类
|
|
1，4-丁炔
二醇糖精
|
2，6、2，7
萘二磺酸甲醛
|
香豆素对甲苯黄酰胺
|
2，6、2，7
萘二磺酸
|
|
0～20
21～40
41～80
81～100
|
1.2
1.1
1.0
0.9
|
1.3
1.0
0.9
0.8
|
1.6
1.4
1.3
1.2
|
1.5
1.4
1.3
—
|
1.3.2.2 溶解法（分析法）
（1） 使用范围
这种方法适用于受检质量不超过200g的试样或试样上的涂层，例如铝的阳极氧化膜层厚度测量。也可用来通过试液溶解基体金属（如锌合金基体上的镀铜和镍层），然后将溶解基体后的涂层称重，计算其平均厚度。这种方法的精确度为±10%。
（2）测试原理及过程
将涂层试样浸入不使基体金属（或涂层金属）溶解的溶液中，直至涂层（或基体）完全溶解并裸露出基体或中间涂层金属为止。取出试样干燥称重。涂层的厚度按其溶解的失重和除去涂层的那一部分表面面积来计算。涂层失量可通过称量法或化学分析法来确定。
（3）平均厚度计算
①用称量法测厚时，涂层平均厚度计算公式为：
δ= ×104 （µm）
式中δ——涂层平均厚度，µm；
m1——溶解前的试样质量，g;
m2——溶解后的试样质量，g;
S——试样表面积，cm2;
ρ——涂层金属密度，g / cm3。
②用化学分析法测厚时，涂层平均厚度计算公式为：
δ= ×104 （µm）
式中δ——涂层平均厚度，µm；
m——化学分析测得涂层金属质量，g;
S——试样表面积，cm2;
ρ——涂层金属密度（见表6-6）。
表6-6 常用金属密度
|
金 属
|
密 度 g / cm3
|
|
锌（Zn）
镉（Cd）
铬 (Cr)
铁 (Fe)
铅 (Pb)
镍 (Ni)
锡 (Sn)
铜 (Cu)
钴 (Co)
银 (Ag)
金 (Au)
铝氧化膜
|
7.2
8.6
7.1
7.8
11.3
8.8
7.3
8.9
8.8
10.5
14.9
3.42
|
1.3.2.3 电量法
（1）适用范围
电量法（库仑法）又称阳极溶解测厚法，属电化学溶解。主要适用于测定金属基体上的单金属涂层或多层单金属涂层的局部厚度，例如装饰性薄铬涂层、金涂层等。在多层单金属涂层测厚时，还可更换电解液后连续测厚，故应用范围较广。在涂层厚度1～50µm范围内，精确度可达±10%以内。国产常用电解测厚仪为DJH型。
（2）测试原理
把待测涂层厚度的涂层试样放进试液中，通电并以恒定电流密度令涂层确定面积溶解，当涂层溶解完毕并露出基体金属或中间涂层时，电解电压发生突变指示达到终点。根据库仑定律，以溶解金属涂层消耗的电量、溶解涂层的面积、涂层金属的电化当量、密度以及阳极溶解的电流效率即可计算涂层的局部厚度。
(3)电解液的选择及成分
不同金属涂层和基体金属应选择不同的电解液，见表1-7。电解液成分见表1-8。
表1-7 电量法则测厚时所用试液的选择
|
序号
|
镀层
|
基体（或中间层）金属
|
|
钢
|
铜及铜合金
|
镍
|
铝
|
锌
|
|
1
2
3
4
5
6
7
8
|
镉
铜
铬
铅
镍
银
锡
锌
|
（1）
（4）
（2）
（9）
（5）
（6）
（3）
（8）
|
（1）
—
（3）
（9）
（5）
（7）
（3）
（8）
|
（1）
（4）
（2）
（9）
—
（6）
（3）
（8）
|
（1）
（4）
（2）
—
（5）
—
（2）
（8）
|
—
（10）
—
—
—
—
—
—
|
|
备注
|
表中括弧中数字表示下列溶液：
（1）100g/L KI;(2)100g/L Na2SO4;(3)175ml/L HCl(密度1.18)；（4）80g/L NaKC4H4O6+100g/L NH4NO3 ;(5)30g/L NH4NO3 +30g/L NaCNS;
(6)100g/L NaNO3+3ml/L HNO3(密度1.42)；（7）180g/L KSCN;(8)100g/L NaCl;(9)200g/L CH3COONa+ 200g/L CH3COONH4;(10)含量不低于30%的H2SiF6溶液
|
表1-8 电解液成分
|
编号
|
电解液成分
|
含量/(g/L)
|
备注
|
|
1
|
碘化钾 KI
|
100（含有痕量碘）
|
|
|
2
|
硫酸钠 Na2SO4
|
100
|
|
|
3
|
盐酸 HCl
|
73
|
175ml盐酸（1.18）稀释至1L
|
|
4
|
酒石酸钾钠 NaKC4H4O6
|
80
|
|
|
硝酸铵 NH4NO3
|
100
|
|
5
|
硝酸铵 NH4NO3
|
30
|
|
|
硫氰酸钠 NaCNS
|
30
|
|
6
|
硝酸钠 NaNO3
|
100
|
|
|
硝酸 HNO3
|
5
|
|
7
|
硫氰酸钾 KSCN
|
180
|
|
|
8
|
氯化钠 NaCl
|
100
|
|
|
9
|
醋酸钠 CH3COONa
|
200
|
|
|
醋酸铵 CH3COONH4
|
200
|
|
10
|
氯化钾 KCl
|
30
|
|
|
氯化铵 NH4Cl
|
30
|
|
11
|
磷酸 H3PO4(ρ=1.75)
|
100ml/L
|
|
|
铬酸 CrO3
|
10
|
|
12
|
氢氧化钠 NaOH
|
150
|
|
|
13
|
碳酸钠 Na2CO3
|
100
|
用于厚度0.2mm涂层
|
|
14
|
磷酸 H3PO4(ρ=1.75)
|
64ml/L
|
|
|
15
|
硝酸铵 NH4NO3
|
800
|
|
|
氢氧化铵 NH4OH （ρ=0.88）
|
10ml
|
|
16
|
硫酸钾 K2SO4
|
100
|
|
|
磷酸 H3PO4(ρ=1.95)
|
20ml/L
|
|
17
|
氟硅酸 H2SiF6
|
3%溶液
|
在较稀时可加少量MgSiF6
|
|
18
|
硝酸钾 KNO3
|
100
|
|
|
氯化钾 KCl
|
100
|
|
19
|
硫酸 H2SO4
|
50ml/L
|
|
|
氟化钾 KF
|
3
|
(4)局部厚度计算
涂层局部厚度h计算式为：
h= ×104 (µm)
式中 C——被测涂层金属的电化当量，g/(A·h);
I——电流强度，A;
t——溶解涂层耗用时间，s;
S——被测试样溶解面积，cm2;
ρ—— 被测涂层金属密度，g/cm3。为提高测量精度，亦可引入校正系数K进行校正。
1.3.2.4 金相显微镜法
（1）适用范围
这种方法适用于一般涂层的测厚。其特点是准确度高，判别直观。
（2）测试方法
将待测涂层试样制成涂层断面试样，然后用带有测微目镜的金相显微镜观察涂层横断面的放大图像，可直接测量涂层的局部厚度。所制备的供测量用涂层试样应进行切割，边缘保护（例如测镀Ni层时用Cu层保护，测镀Cu层时用Ni层保护，镀Zn层和镀Cd层可互相保护）、镶嵌（与一般金相制作镶嵌相同）、研磨与抛光、浸渍（目的时为使试样断面的涂层和基体金属的剖面清晰地裸露出各自的色泽和表面特征，便于测量），然后水洗吹干即可测量。对化学保护层经抛磨后不必进行侵蚀。几种常用侵蚀液见表6-9。
表1-9 几种常见侵蚀液
|
序号
|
侵蚀剂成分
|
含量ml
|
使用和说明
|
被侵蚀金属
|
|
1
|
硝酸HNO3(ρ=1.42)
|
5
|
用于钢铁上的镍或铬镀层，此种液极不稳定，尤在受热时。每次应用新配的
|
钢
|
|
乙醇 （C2H5OH）3(95%)
|
95
|
|
2
|
氯化铁 FeCl3·6H2O
|
10g
|
用于钢、铜、铜合金基体上的金、铅、银、镍和铜镀层
|
钢、铜和铜合金
|
|
盐酸 HCl(ρ=1.16)
|
2
|
|
乙醇 （C2H5OH）3(95%)
|
98g
|
|
3
|
硝酸HNO3(ρ=1.42)
|
50
|
用于确定钢和铜合金上多层Ni镀层每层的厚度；鉴别组织及区分每一层镍
|
镍 、过腐蚀的铜和铜合金
|
|
冰醋酸 CH3COOH
|
50
|
|
4
|
过硫酸铵 （NH4）4S2O8
|
10g
|
用于铜和铜合金上锡和锡合金镀层。这种液也应用新配的
|
铜和铜合金
|
|
氢氧化铵 （NH3H2O）ρ=0.88
|
2
|
|
蒸馏水
|
90
|
|
5
|
硝酸HNO3(ρ=1.42)
|
5
|
用于铝和铝合金上的镍和铜镀层
|
铝及其合金
|
|
氢氟酸 HF(ρ=1.14)
|
2
|
|
蒸馏水
|
93
|
|
6
|
铬酸 CrO2
|
|
用于锌基合金上的镍和铜镀层，也适用于钢铁上的锌和镉镀层
|
锌、锌基合金和镉
|
|
硫酸钠 Na2SO4
|
|
|
蒸馏水
|
|
|
7
|
氢氟酸 HF(ρ=1.14)
|
|
用于铝合金阳极化
|
铝及其合金
|
|
蒸馏水
|
|
6.3.2.5 点滴法
（1）适用范围
用于一般涂层厚度的粗略测量，但不适用于形状复杂的零件及小零件。其特点是：方法简单、仪器简单、准确度滴。准确度误差约±20%。
（2）测试原理及过程
以一定成分的溶液，通过尖端直径为1.5～2.0mm的滴管将溶液滴在待测涂层表面上，保持一定时间使涂层溶解，直至涂层完全溶解露出基体或下层金属涂层为止。涂层厚度以所消耗溶液的滴数计算。涂层厚度计算公式为：
δ=（m-0.5）K
式中δ——涂层局部厚度，µm;
m——溶解涂层所消耗的溶液滴数；
K——在一定室温下，一滴溶液在作用时间内所溶解的涂层厚度，µm。
（3）试液及K值
点滴法使用的试液及K值分别见表6-11。
表1-10 点滴法使用的溶液
|
序号
|
涂层名称
|
基体金属
|
溶液成分
|
测定终点特征
|
溶液在涂层表面停留时间/s
|
|
成分名称
|
分子式
|
含量g/L
|
成分数量
|
|
1
|
镍
|
钢、铜和铜合金
|
三氯化铁
硫酸铜
|
FeCl3·6H2O
CuSO4·5H2O
|
300
100
|
—
—
|
钢上呈现玫瑰红斑点铜和铜合金呈现基体金属
|
30
|
|
2
|
铜
|
钢、镍
|
硝酸银
|
AgNO3
|
44
|
—
|
钢上呈现黑色斑点，镍上呈现白色斑点
|
30
|
|
3
|
锌
镉
|
钢、铜和铜合金
|
碘化钾
碘
|
KI
I2
|
200
100
|
—
—
|
呈现基体金属
|
锌60
镉30
|
|
4
|
银
|
铜和铜合金
|
A碘化钾
碘
|
KI
I2
|
400
180
|
—
—
|
呈现基体金属
|
|
|
B硫代硫酸钠
|
Na2S2O3·5H2O
|
300
|
—
|
呈现基体金属
|
300
|
|
5
|
锡
|
钢、铜和铜合金
|
三氯化铁
硫酸铜
盐酸
水
|
FeCl3·6H2O
CuSO4·5H2O
HCl
H2O
|
—
—
—
—
|
50g
20g
150ml
850ml
|
钢上呈现玫瑰红斑点铜上呈现基体金属
|
|
|
6
|
铬
|
钢、铜和铜合金
|
盐酸
蒸馏水
|
HCl
H2O
|
—
—
|
100ml
300ml
|
呈现基体金属
|
60
|
|
7
|
铅锡合金
|
钢、铜和铜合金
|
氟硼酸
过氧化氢（30%）
蒸馏水
|
HBF4
H2O2
H2O
|
—
|
10ml
25ml
90ml
|
呈现基体金属
|
30
|
表1-11 点滴法测厚时的K值
|
涂层
温度/℃
|
在规定时间内每滴溶液可 溶解的涂层厚度/µm
|
|
镍镀层
|
铜镀层
|
锌镀层
|
镉镀层
|
铬镀层
|
银镀层
|
锡镀层
|
铅锡合金镀层
|
|
Sn含量
39%～40%
|
Sn含量
51%～61%
|
|
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
|
0.55
0.57
0.59
0.61
0.63
0.65
0.67
0.69
0.70
|
0.79
0.81
0.83
0.85
0.87
0.89
0.93
0.97
1.01
1.05
1.08
|
0.78
0.82
0.87
0.91
0.96
1.01
1.05
1.09
1.14
1.18
1.24
|
在10～30℃的范围内均为1.2
|
1.06
|
在18～25℃的范围内均为1.10
|
在12～30℃的范围内均为0.55
|
0.68
0.70
0.72
0.73
0.75
0.77
0.79
0.81
0.83
|
0.53
0.54
0.55
0.56
0.57
0.57
0.58
0.59
0.60
|
|
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
|
0.71
0.72
0.73
0.74
0.75
|
1.11
1.14
1.16
1.18
1.20
1.21
1.23
1.24
1.25
1.26
|
1.27
1.32
1.36
1.40
1.45
1.52
1.59
1.66
1.73
1.80
|
|
|
|
|
0.84
0.86
0.88
0.90
0.92
0.94
0.96
0.97
0.99
1.03
|
0.60
0.60
0.61
0.62
0.63
0.63
0.64
0.65
0.65
0.55
|
注：1.镍镀层厚度低于3µm时，点滴作用时间应改为15s在18℃时K值为0.3µm，必要时用标准厚度进行校正。
2.银镀层点滴测厚时，应先滴一滴试液A保持60s，用滤纸吸干，在原处再滴一滴试液B保持30s再用滤纸吸干。如此交替操作，直至呈现基体为至。厚度计算时只计试液A的滴数。（试液B仅起消除碘化银的作用）。
1.3.3 涂层厚度举例
1.3.3.1 钢铁基体上的锌电镀层厚度的测定
局部厚度测量 GB 6462、 GB/T 4955、GB 11378 规定的方法适用于测量钢铁上多种锌涂层的厚度。当厚度测量有争议时，应采用GB/T 4955 规定的方法测量。镀层主要面积小于100cm2时，采用下述方法（实为溶解法）。
测量程序 取足够数量的镀件，令镀层质量不少于100mg。若镀件形状复杂，则面积由双方商定。称量镀件精确至mg，用表6-12规定的一种溶液在室温下退除锌镀层。
表1-12 退镀液
|
序号
|
成分
|
含量/ml
|
|
1
|
三氧化二锑 Sb2O3
盐酸 HCl ρ≥1.18g/ml
水
|
20g
800
200
|
|
2
|
三氯化锑 SbCl3
盐酸ρ=1.18g/ml
|
32g
800
200
|
|
3
|
甲醛 30%（m/m）溶液
盐酸 HCl ρ=1.18g/ml
水
|
10
500
500
|
|
4
|
硝酸铵 NH4NO3
|
300g/L
|
|
5
|
盐酸 HCl ρ=1.18g/ml
丙炔醇 C3H4O
水
|
500
1g
500
|
|
备注
|
溶解三氧化二锑或三氯化锑于盐酸中，然后加水稀释。锌镀层完全退除时，即剧烈的化学反应刚刚停止时，就立即从溶液中取出镀件，此时退镀液1和2会得到满意效果。若已完全退除了锌镀层的镀件还长时间留在溶液中，则镀件的钢基体会受到侵蚀
|
退镀液1、2有毒。一般情况下，采用退镀液3、4、5。作仲裁试验时才用溶液1、2。镀层退除后，在流动水中漂洗镀件，必要时，应刷去表面上松散的暗色沉积物（当使用溶液1或2时，为锑的沉积物）。仔细干燥后称重，记录试样失去的质量。锌镀层厚度δ由下式计算：
δ= ×103
式中m——失去的质量，mg;
S——退除涂层的表面积，mm2;
ρ——锌涂层密度，取7.1g/cm3。
退镀液见表6-12。特别指出，溶于盐酸的三氧化二锑(Sb2O3)和三氯化锑 （SbCl3）有毒，勿与皮肤接触。退镀液1和2有危险。在使用溶液1和2时，会释放三氢化锑（SbH3）的极毒气体，所以应采取严格的预防措施，避免吸入。退除镀件的操作须在通风柜内进行。甲醛溶液有毒、有刺激气味，容易引起灼伤，因此要避免吸入其蒸汽，勿与皮肤和眼睛接触。
1.3.3.2 钢铁表面磷化膜层单位质量的测量（参见GB/T 12612-90）
（1）一般要求 钢铁表面处理后的试片磷化膜单位质量应符合GB 6807中表1所示的次轻量级或轻量级的规定。即次轻量级膜单位质量 为0.2～1.0g/m2,轻量级膜单位质量为1.1～4.5g/m2。
（2）单位质量的测定
①试样 膜单位质量小于1g/m2 的试样的总表面积不应小于400cm2;膜单位质量在1～10g/m2的试样总面积不应小于200cm2。
②退膜液 取50g三氧化铬（CrO3）,用蒸馏水配成1000ml溶液。
③试验方法 将处理后干燥的试片用感量为0.1mg的分析天平称量（m1）,然后将试片浸在退膜液中，温度维持在75℃±5℃，浸泡15min后，立即用清水冲洗，再用蒸馏水洗净。干燥称重，直至衡量（m2）。
④计算 按下式计算
mA= ×10
式中 mA——磷化膜单位质量，g/m2;
m1——磷化后试样质量，mg;
m2——退膜后试样质量，mg;
S——试样总的表面积，cm2 。取三个平行试样的平均值。
（3）各类磷化膜的退膜液组成及操作条件（参看GB 9792-88）见表1-13。
表 1-13 各类磷化膜的退膜液组成及操作条件
|
基体材料
|
转化膜质量
|
退膜条件
|
备注
|
|
退膜液成分及含量/(g/L)
|
温度/℃
|
时间/min
|
|
钢铁
|
锰系
|
铬酸
|
75±5
|
15
|
将所需成分溶于少量水中，然后用水稀释至1L
|
|
锌系
|
氢氧化钠 100
EDTA 四钠盐 90
三乙醇胺 4
|
70±5
|
5
|
|
铁系
|
铬酸 50
|
75±5
|
15
|
|
锌及镉
|
锰系
锌系
|
重铬酸铵 20
溶于1L氨水（比重0.90）中
|
室温
|
3～5
|
将20g重铬酸铵溶于1L氨水（分析级）中。配制溶液时，不能超过25℃，退膜操作在通风柜中进行
|
|
铝及铝合金
|
结晶形锌系
|
硝酸（比重1.46）
|
75±5
|
5
|
|
|
室温
|
15
|
1.3.4 有关涂层测厚的标准举例
(1)GB/T 12305.1—1990 金属覆盖层 金和金合金电镀层的试验方法 第一部分 镀层厚度测定
（2）GB/T 12307.1—1990 金属覆盖层 银和银合金电镀层试验方法 第一部分 镀层厚度的测定
（3）GB/T 8014—1987 铝及铝合金阳极氧化 阳极氧化膜厚度的定义和有关测量厚度的规定
（4）GB/T 8015.1—1987 铝及铝合金阳极氧化膜厚度的试验方法 重量法
（5）GB/T 8015.1—1987 铝及铝合金阳极氧化膜厚度的试验方法
分光束显微法
（6）GB/T 11374—1989 热喷涂层厚度的无损测量方法
（7）JB/T 7707—1995 离子镀硬膜厚度试验方法 球磨法
（8）GB/T 13825—1992 金属覆盖层 黑色金属材料热镀锌层的质量测定 称量法
（9）JB/T 9206—1999 钢铁热浸铝工艺及质量检验
（10）GB/T 12334—1990 金属和其他无机覆盖层 关于厚度测量的定义和一般规则
（11）GB/T 6463—1986 金属和其他无机覆盖层 厚度测量方法评述
（12）GB/T 4956—1985 磁性金属基体上非磁性覆盖层厚度测量 磁性方法
（13）GB/T 4957—1985 非磁性金属基体上非导电覆盖层厚度测量 涡流方法
（14）GB/T 13744—1992 磁性和非磁性基体上镍电镀层厚度的测量
（15）GB/T 4955 金属覆盖层 覆盖层厚度测量 阳极溶解库轮法
（16）GB/T 6462—1986 金属和氧化物覆盖层 横断面厚度显微镜测量方法
（17）JB/T 金属覆盖层横断截面扫描电镜测量方法
（18）GB/T 16921—1997 金属覆盖层、厚度测量 X射线光谱方法
1.4 涂层的耐蚀性检验
涂层耐蚀性检验的目的是检查涂层抵抗环境腐蚀的能力，考察其防护基体的寿命。涂层耐蚀性检验包括下述3方面内容。
（1）大气暴露 （即户内外暴晒）试验。即将待测涂层试样放在大气环境中，进行各种大气环境下的腐蚀试验，定期观察腐蚀过程的特征、测定腐蚀速度。其目的是评定涂层在大气环境下的耐蚀性。
（2）使用环境试验，即将待测涂层试样放在实际使用环境（介质）中，观察其腐蚀过程的特征。其目的是评定涂层在使用环境中的耐蚀性。
（3）人工模拟和加速腐蚀试验，即将待测涂层试样放入特定人工模拟介质中，观察腐蚀过程的特征。其目的是评定涂层耐蚀的性能。
1.4.1 大气暴露试验
1.4.1.1 大气条件分类
一般可将大气分为下述几类。
（1）乡村大气 指远离城市的乡村空气洁净，机基本上没有受到工艺性介质或海洋盐雾污染的大气条件。
（2）城郊大气 指城市边沿地区，有轻微被工业性介质污染的大气条件。
（3）工业性大气 指在工厂集中的工业区内，具有被工业性质（如SO2、H2S、NH3、煤灰等）污染较严重的大气条件。
（4）海洋性大气 指靠近海边200m以内，容易受到海洋性盐雾污染的大气条件。
此外，对大气条件还有另外的分类方法，如分为：（1）非污染内陆大气；（2）污染内陆大气；（3）非污染海洋大气；（4）污染海洋大气；（5）室内常干大气；（6）经常结露和常湿大气；（7）海水飞溅区或经常是盐雾性大气等等。
1.4.1.2 暴露方式
可分为以下几种。
（1）敞开暴露 试样放在室外框架上，面向南方，框架周围植物不大于0.2m。
（2）遮挡暴露 试样放在高度不小于3m的遮挡棚内，阳光不完全直射。
（3）封闭暴露 试样放在百叶箱内。百叶箱内外大气可交换，但雨、雪不可进入。
1.4.1.3 暴露场地选择及要求
（1）室外
充分受到大气（空气、日光、雨、雪、露、霜、雾等）侵袭。定期分析大气中有害成分，定期收集并记录各种气相资料。
（2）室内
室内暴露状况有两种。一种是通风良好的条件：温度、湿度条件雨室外阴、晴条件接近，但不受日晒、雨淋。另一种是阴暗、潮湿的条件，这主要是为了考察涂层在山洞、地下室等环境中的耐蚀性能。
1.4.1.4 试样及暴露方法
大气暴露试验用试样规格为50mm×100mm×（1～2）mm的钢板（或其他金属板）作为基体。每个试样编号制卡记录，每种试样需留1～3件保存在干燥器内，供试验过程中比较。
试样暴露试验头3个月，每月记录检查2此，3个月后每月查一次，一年后每3个月查一次。
1.4.1.5 试验结果定性评定
涂层经大气暴露试验后，用目测法或3～5倍放大镜进行观察分析，作出定性耐蚀性评定。
（1）腐蚀产物的颜色和状态
对涂层大气暴露试验作出耐蚀性定性评定的依据是：经大气腐蚀后涂层上腐蚀产物的颜色和状态见表1-14。
表1-14 腐蚀产物的颜色和状态
|
涂层或基体金属
|
腐蚀产物
|
颜色
|
状态
|
|
钢和铁（基体）
铜和铜合金（基体）
锌涂层
镉涂层
镍涂层
铬涂层
锡涂层
银涂层
|
|
棕色
蓝绿色
白色，灰白色
白色，灰色，黄色
浅绿色，暗灰色
—
深灰色
黑褐色，紫红色
|
点状
点状
膜状-灰色点状-白色
膜状，点状
点状，膜状
出现裂纹
膜状
不均匀膜状
|
（（2）腐蚀率计算
腐蚀率指涂层被穿透，直达基体金属的腐蚀点比率，是评定阴极性涂层耐蚀性的重要内容。评定时以5mm×5mm方格面积为单位，计算出现锈点的方格数占被测面积总方格数的百分比表示腐蚀程度，即
腐蚀率(%)= ×100
式中n——出现锈点的5mm×5mm面积的方格数；
N——试样表面的5mm×5mm面积总方格数。计算方格数时，用一透明的带有5mm×5mm方格的有机玻璃板或塑料薄膜覆盖在被测涂层试样表面，读出有腐蚀点的方格数n和被测涂层的总方格数N,并进行计算。
（3）光泽的确定
用保存的原始试样与腐蚀的试样进行涂层光泽度（即被氧化程度）的对比观察。光泽消失程度可分为如下几种。
①良好：光泽无变化或变化不明显。
②微暗：光泽略有变化，但仍有光泽。
③暗淡：失去光泽，颜色发暗。
（4）开裂
涂层经腐蚀 后发生裂纹，则为开裂。计算方法与计算腐蚀率的面积百分比相同。
（5）确定腐蚀等级
腐蚀等级一般分为下述五级。
1级 涂层表面无变化，或仅光泽微暗。
2级 涂层出现腐蚀点或膜状氧化物；或光泽暗淡，但无基体金属腐蚀点。
3级 出现基体金属腐蚀点，但少于总面积10%。
4级 基体金属腐蚀点面积小于总面积的30%；或涂层开裂面积达到同样程度。
5级 基体金属腐蚀点面积超过总面积的30%；或涂层开裂面积达到同样程度。
达到5级涂层已被严重腐蚀，可终止试验。
1.4.1.6 试验结果定量评定
涂层大气暴露腐蚀试验结果定量评定，是指根据测量涂层在单位时间的腐蚀称重，求得其腐蚀速度。腐蚀速度计算式为：
G=
式中 G——单位面积的涂层单位时间内的失重，g/(m2·年)；
m0——试验前试样的重量，g;
mt——试样除去腐蚀产物后的重量，g;
S——试样表面积，m2;
t——从测试开始至测定时经过的时间，年。
几种金属或涂层除去腐蚀产物的溶液及方法。见表1-15及表1-16。
表1-15 几种金属或涂层除去腐蚀产物的溶液及方法
|
金属或涂层
|
腐蚀产物去除方法
|
|
钢和铁
铜及其合金
铅
锡
铝
锌
钢上镀锌
钢上镀镉
钢上镀镍
|
常温下，浸在饱和NH4Cl溶液中至除去
常温下，浸在5%H2SO4溶液中至除去
常温下，浸在饱和NH4Cl溶液中至除去
常温下，浸在5%HCl溶液中至除去
常温下，浸在HNO3溶液中至除去
80℃下，饱和NH4Cl溶液中至除去
80℃下，饱和NH4Cl溶液中至除去
常温下，浸在饱和NH4Cl溶液中至除去
常温下，浸在10%H2SO4溶液中至除去
|
表1-16 几种材料腐蚀产物去除溶液及方法
|
序号
|
金属材料
|
清洗方法
|
溶 液 成 分
|
处理条件
|
说明
|
|
温度/℃
|
时间/min
|
|
1
|
钢铁
|
浸渍
|
①20%氢氧化钠，200g/L锌粉
|
沸腾
|
20
|
注意安全
|
|
②盐酸（HCl,ρ=1.19）1000mL氧化锑（Sb2O3）20g,氯化锡（SnCl2）50g
|
室温
|
25
|
溶液必须强烈搅拌或用橡皮、木质工具刷洗试样
|
|
③硫酸（H2SO4 ,ρ=1.84）1000mL,有机缓蚀剂1.5mL,蒸馏水1000 mL
|
50
|
—
|
有机缓蚀剂为六次甲基四胺或硫脲
|
|
2
|
不锈钢
|
交替浸渍
|
①硝酸（HNO3, ρ=1.42）1000mL, 蒸馏水1000 mL
|
60
|
20
|
也可用钢铁中①法
|
|
②柠檬酸铵150g,蒸馏水1000 mL
|
70
|
10～60
|
|
3
|
铝及铝合金
|
浸渍
|
①铬酐（CrO3）20g,磷酸（H3PO4, ρ=1.69）50mL, 蒸馏水1000 mL
|
80
|
5～10
至干净
|
若还有一层膜，再浸入②清洗1min
|
|
②硝酸（HNO3, ρ=1.42）
|
室温
|
15
至干净
|
处理前应去除大部分腐蚀产物
|
|
4
|
铜、镍及其合金
|
浸渍
|
盐酸（HCl,ρ=1.19）500mL、蒸馏水1000 mL
|
室温
|
1～3
|
|
|
5
|
锡及锡合金
|
浸渍
|
磷酸钠（Na3PO4,）150g, 蒸馏水1000 mL
|
沸腾
|
10
|
|
|
6
|
镁及镁合金
|
浸渍
|
铬酐（CrO3）150g，铬酸银（Ag2CrO4）10g,蒸馏水1000 mL
|
沸腾
|
1
|
|
|
7
|
铅
|
交替浸渍
|
①醋酸（99.5%）10mL, 蒸馏水1000 mL
|
沸腾
|
5
|
最好采用电解清洗
|
|
②醋酸铵50g, 蒸馏水1000 mL
|
热
|
5
|
|
8
|
锌及锌合金
|
浸渍
|
饱和醋酸铵（CH3COONH4）
|
80
|
10～20
|
铬酐不允许含硫酸盐，制备中将硝酸银溶解后，再加入到沸腾铬酸中
|
|
交替浸渍
|
①氢氧化铵（NH4OH, ρ=0.90）150mL, 蒸馏水1000 mL
|
室温
|
1～10
|
|
②铬酐（CrO3）50g,硝酸银（AgNO3）10g, 蒸馏水1000 mL
|
沸腾
|
～
|
也可采用电解清洗法清洗腐蚀产物。将试样表面疏松腐蚀产物擦去，再浸入电解液中电解去除，见表1-17。
表1-17 电解法去除腐蚀产物电解液配方及工艺
|
电解液的组成及工艺
|
含量及工艺条件
|
|
硫酸H2SO4 (ρ=1.84)/mL
有机缓蚀剂/mL
蒸馏水/mL
温度/℃
时间/min
阳极
阴极
电流密度/(A·dm-2)
|
28
2
100
75
3
石墨或铅
试样
20
|
①可用浓度为0.5g/L的二邻甲苯硫脲或六次甲基四胺作为缓蚀剂。
②采用铅作为阳极，铅可能会沉积在试样上造成质量损失的误差。若试样耐硝酸，则可将试样在1：1硝酸中稍浸一下，即可去除试样的铅。虽然沉积可能引起质量损失误差，但由于它的腐蚀产物极易去除，故仍被用作阳极材料。
1.4.2 盐雾试验
1.4.2.1 概述
多年来，盐雾试验用以确定金属或涂层的耐蚀性能，并努力研究这些试验与实际使用性能的相关性及这些试验的重现性。至今，盐雾试验仍被广泛采用。
盐雾试验包括：中性盐雾（NSS）试验，乙酸盐雾（AASS）试验和铜加速盐雾（CASS）试验。各种盐雾试样用于评价涂层厚度的均匀性和孔隙率。它们被认为是最有用的加速实验室腐蚀试验，特别用于评价不同批（生产质量控制）或不同试样（用于研究开发新涂层）。
中性盐雾试验已改进为酸化的试验。中性盐雾试验期为8～3000h,采用pH6.5～7.5的5%NaCl水溶液，溶液中的总的质量分数不超过2×10-4，盐雾箱的温度为35℃±1.1℃或35℃±1.7℃。
乙酸盐雾试验期一般为144～240h，或者更长。不过也可短到16h.已采用5%NaCl水溶液，但是用乙酸将溶液pH值调到3.1～3.3。试验温度稍高，为49℃+1.1℃或49℃-1.7℃。
1.4.2.2 中性盐雾（NSS）试验
（1）氯化钠溶液的配制
采用化学纯或化学纯以上的试剂。将NaCl溶于导电率不超过20µm/cm的蒸馏水或去离子水中，其浓度为50g/L±5g/L。在25℃时，配制的溶液密度在1.025～1.040范围内。调整其pH值在6.5～7.2之间。pH值调整可用盐酸或氢氧化钠。pH值测量可用酸度计，亦可用测量精度为0.3的精度pH试纸。
喷雾时溶液中CO2损失可能导致pH值变化。应采取相应措施。例如，将溶液加热到超过35℃，再送入仪器或由新的沸腾水配制溶液，以降低溶液中CO2含量，可避免溶液中pH值变化。
（2）试验设备
盐雾箱 盐雾箱的容积不小于0.2m3,最好不小于0.4m3，箱顶部要避免试验时聚积的溶液滴到试样上。盐雾箱涉及简图见图6-4。
喷雾装置 包括喷雾气源、喷雾系统及盐水槽。
盐雾收集器 至少有两个：一个靠近喷嘴，一个远离喷嘴。
（3）评价盐雾试验的方法
为检验试验设备或不同试验室设备试验结果的重现性，进行以下评价盐雾试验的验证。
①参比试样 采用4块冷轧碳钢板，其表面应符合GB 5213 中A级精度的1组的要求。 板厚1mm×0.2mm,试样尺寸为50mm×50mm。试样表面粗糙度Ra=1.3µm×0.4µm。参比试样从冷轧钢板或钢带上截取后进行清洗干净。
②参比试样放置 将此比试样放入箱的四角，未保护的一面朝上并与垂直方向成20°±5°的角度。试样上边缘与盐雾收集器顶端处同一水平。
③测定质量损失 试验运行96h后，除掉试样背后的保护膜，用1：1（体积比）的盐酸溶液（ρ20=1.18g/mL）,其中加入3.5g/L的六次甲基四胺缓蚀剂，浸泡试样除去腐蚀物，然后在室温中用清水清洗、丙酮清洗、干燥后称重。每块参比试样的质量损失在140g/m2±40g/m2
范围内说明设备运行正常。
（4）试验条件
①温度 35℃±2℃。
②相对湿度 大于95%。达不到此要求时，可在箱底适当加水，以补充箱内水分。
图1-4 盐雾试验箱简图
③盐雾沉降速度 经24h喷雾后，每80cm2
面积上为1～2ml/L。
④氯化钠浓度 50g/L±5g/L。
⑤喷嘴压力 0.08～0.14MPa。
⑥试验周期 试验周期应根据被试材料或产品有关标准选择。若无标准，可协商确定。推荐的试验周期为：2h,4h,6h,8h,24h,48h,72h,96h,144h,168h,240h,480h,720h,1000h。在规定的试验周期内喷雾不得中断，只有当需要短暂观察试样时才能打开盐雾箱。
（5）试样进箱放置
①试样在箱内应试面（如涂层）向上，让盐雾自由沉降在待试表面上。被试表面不得受到盐雾的直接喷射。
②试样原则上应放平。在盐雾试验箱中被试表面与垂直方向成15°～30°，并尽可能成20°。
③试样在箱内不可与箱体接触，也不可相互接触。
④试样支架可用玻璃、塑料等材料制造。悬挂试样材料不可用金属，而应用人造纤维、棉纤维或其他绝缘材料。
（6）试验后试样的处理
试验结束后取出试样，为减少腐蚀产物的脱落，试样在清洗前放在室内自然干燥0.5～1h,然后用温度不高于40℃的清洁流动水轻轻清洗以除去试样表面的盐雾溶液，立即用吹风机吹干。
（7）试验结果的评价
一般对试验结果评价考虑以下方面。
①试验后的外观；
②除去表面腐蚀产物后的外观；
③腐蚀缺陷如点蚀、裂纹、气泡 等的分布和数量，可按照GB 6461，GB 12335, GB/T 9798—1997所规定的方法评级；
④开始出现腐蚀的时间；
⑤质量变化；
⑥显微镜观察；
⑦力学性能变化。
1.4.2.3 乙酸盐雾试验（AASS试验）
（1）试验溶液的配制
在前述NSS试验所配制的NaCl溶液（未调整pH值之前的溶液）中，加入适量的冰乙酸，以保证盐雾箱内收集的pH值为3.1～3.3。如初配制的溶液pH值为3.0～3.1，则收集液的pH值一般在3.1～3.3范围内。溶液的pH调整可用冰乙酸或氢氧化钠调整。
（2）试验设备 同NSS试验。
（3）评价盐雾试验的方法 标准没有规定AASS试验箱腐蚀性的试验规程。
（4）试验条件及试验结果评级 可参看NSS试验。
1.4.2.4 铜加速乙酸盐雾试验（CASS试验）
（1）试验溶液的配制
在前述NSS试验中所配制的NaCl溶液（未调整pH值之前的溶液）中加入氯化铜（CuCl2·2H2O）,其含量为0.26g/L±0.02g/L（即0.205 g/L±0.015g/L无水氯化铜）。溶液pH值调整方法与AASS溶液相同。
（2）试验设备
CASS试验设备与NSS试验设备大致相同，只是对箱体耐高温性要求更高（50℃±1℃）。目前除了专门用于CASS试验的设备以外，也有与NSS试验通用的设备。
（3）评价盐雾试验的方法
目的也是为了检验同类设备的试验结果的重现性。
①参比试样 使用4块镍板作参比试样，试验符合ISO 6372—1：1989的3.1要求（即镍和钴总量不小于99.0%，其中钴不大于1.5%，铁不大于0.5%，氧不大于0.4%，其他不大于0.3%），其尺寸为100mm×75mm,厚度1mm±0.2mm。从板材上截取试样。
试样清洗干净后在21～24℃的1：4（体积比）盐酸溶液中浸泡2min，再用温热流动水漂洗。在温度为105℃的烘箱中干燥、冷至室温称量，称重精确到1mg,试样背面用塑料膜保护。
②参比试样放置 与NSS试验的参比试样放置相同。
③测定质量损失 （单位面积的质量）试验24h后，用冷水冲洗镍板表面沉积盐，然后在25℃±2℃的1：4盐酸溶液中浸泡2min，以除去腐蚀产物。再放入温度为40℃±5℃的流动水中漂洗。在温度为105℃的烘箱中干燥，然后冷却至室温称量。每块参比试样质量损失在7.5g/m2±2.5g/m2范围，说明设备运行正常。
（4）试验条件
除测试温度为50℃±1℃外，其他条件与NSS试验相同。
（5）试验结果的评级 可参照NSS规定，亦可按表6-18进行。
表1-18 腐蚀评级与腐蚀缺陷关系
|
缺陷面积
|
腐蚀评级
|
|
无缺陷
≤0.1
＞0.1～0.25
＞0.25～0.5
＞0.5～1.0
＞1.0～2.5
＞2.5～5
＞5～10
＞10～25
＞25～50
＞50
|
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
|
说明如下。
①表6-18适用于基体金属呈阳极性的涂层。例如钢基体上的锌涂层或铜基体上的锡涂层。
②腐蚀评级R的计算式为
R=3(2-log10A)
式中 A为腐蚀缺陷所占面积的百分数，据此公式得出R值并修改得出R值并修改为相近的整数，即表6-18。
③对缺陷面积极小的试样按公式计算，其R值将大于10。为此，将缺陷面积小于0.1%的试样，人为地规定为9级，将无缺陷试样规定10级。
④试样的外观评级见表6-19。
表1-19 试样的外观评级
|
外观评级
|
试样表面外观的变化
|
|
A
B
C
D
E
F
G
H
I
|
无变化
轻微到中度的变色
严重变色或极轻微的失光
轻微的失光或出现较轻微的腐蚀产物
严重的失光，或在在试样局部表面上布有薄层的腐蚀产物或点蚀
有腐蚀产物或点蚀，且其中之一种分布在整个试样表面上
整个表面上布有厚的腐蚀产物和点蚀，并有深的点蚀
整个表面上布有厚的腐蚀产物和点蚀，并有深的点蚀
出现基体金属腐蚀
|
1.4.3 腐蚀膏腐蚀试验
1.4.3.1 概述
腐蚀膏腐蚀试验（CORR）是另一种人工加速腐蚀试验。这种方法是模拟工业城市的污染和雨水的腐蚀条件，对涂层进行快速腐蚀试验。其特点是：测试简便、试验周期短、重现性好。腐蚀膏试验的腐蚀效果与大气腐蚀较符合。经研究指出，腐蚀膏腐蚀试验与工业大气符合率为93%，与海洋大气符合率为83％,与乡村大气符合率为70%。除特殊情况外，规定腐蚀周期为24h的腐蚀效果相当于城市大气一年的腐蚀、相当于海洋大气8～10个月的腐蚀。CORR试验适用于在钢铁、锌合金、铝合金基体上的装饰性阴极涂层，如Cr、Ni-Cr、Cu-Ni-Cr等腐蚀性能的测定。
1.4.3.2测试原理
在高岭土中加入铜、铁等腐蚀盐类配制成腐蚀膏，把这种膏涂覆在待测试样涂层表面，经自然干燥后放入相对湿度较高的潮湿箱中进行腐蚀试验，达到规定时间后取出试样并适当清洗干燥后即可检查评定。
腐蚀膏中的主要腐蚀盐类其腐蚀特征是：三价铁盐使涂层引起应力腐蚀（SCC）;铜盐能使涂层产生点蚀、裂纹和剥落、碎裂等；氯化物的存在令涂层腐蚀加速。
1.4.3.3 腐蚀膏的制备
（1）腐蚀膏的成分见表6-20。
表1-20 腐蚀膏的配方
|
配方号
成分/g
|
1
|
2
|
|
硝酸铜Cu（NO3）2·3H2O
三氯化铁 FeCl3·6H2O
氯化铵 NH4Cl
高岭土 Al2O3·2SiO2·2H2O
水H2O
|
0.035
0.165
1.0
30
50
|
7.0mL
33.0mL
10.0mL
30
见配制2
|
（2）腐蚀膏的配制
配方1配制
在玻璃烧杯中溶解0.035g硝酸铜、0.165g三氯化铁和1.0g氯化铵于50.0 mL蒸馏水中，搅拌并加入30.0g高岭土，用玻璃棒搅拌使料浆充分混合并使其静置2min,以便使高岭土被充分湿透。使用前再用玻璃棒充分混合。
配方2配制
称2.50g硝酸铜在500 mL容量瓶中稀释至刻度，称2.50g三氯化铁在500 mL容量瓶中稀释至刻度，称50.0g氯化铁在500 mL容量瓶中用蒸馏水稀释至刻度。然后取7.0 mL硝酸铜溶液、33.0mL三氯化铁溶液和10.0mL氯化铵溶液于烧杯中，加入30.0g高岭土，并搅拌。
要注意的是，三氯化铁溶液须放在有橡皮塞的烧瓶中置于暗处保存。保存期不超过两周。过期溶液性质不稳定。
1.4.3.4 潮湿箱条件
放置试样的潮湿箱内温度为38℃±1℃，相对湿度为80%～90%之间，以使凝露不在试样上产生。只要箱内湿度不低于80%，允许在箱顶和箱壁上凝露。为满足上述条件，可选用有鼓风设备的潮湿箱，以使箱内温度和湿度均匀。
1.4.3.4 试用周期
（1）除对涂层或产品另有规定外，一般在潮湿箱中连续暴露16h为一周期，除投放和取出试样的短暂间断外，潮湿箱连续工作。
（2）若试验周期多于或少于一个周期，则xu 按GB 6465—86再行处理。
1.4.3.6 结果的评价
对一般试验，要考虑下述几点。
（1）试验后涂层的外观；
（2）除去表面腐蚀产物后的外观；
（3）腐蚀缺陷的数量和分布，如凹点、裂纹、气泡等。
一般的评价级别方法如下。
良好 涂层无变化或无明显变化；
合格 涂层光泽微暗，表面仅出现分散而细小的锈点、斑迹、细裂纹。
不合格 涂层光泽微暗、表面有严重锈蚀、裂纹和涂层脱落。
具体进一步评级，可按GB 6461—86规定进行。
1.4.4 二氧化硫工业气体腐蚀试验
1.4.4.1 概述
城市工业大气中主要的腐蚀气体是SO2。模拟SO2 。腐蚀试验是一种常用的标准化试验。是一种人工加速腐蚀试验。其测试结果与涂层在工业性大气环境中的实际腐蚀极其接近同时也与CASS试验及CORR试验结果大致相同。这种试验方法的适用范围是：钢铁基体上的Cu-Ni-Cr涂层或Cu-Sn合金上Cr涂层的耐蚀性试验。此试验也可以用来测定Cu-Sn合金上Cr涂层的裂纹，Zn-Cu合金涂层的污点以及铜或黄铜基体上铬涂层的鼓泡、起壳等缺陷。
1.4.4.2 测试原理及设备
（1）原理 以一定浓度的CO2气体，在一定温度和一定相对湿度下对涂层作腐蚀试验，经一定时间后检查并评定涂层腐蚀程度。
（2）设备 有各种专用的SO2腐蚀试验箱，见图6-5。
1.4.4.3 测试条件
（1）SO2浓度 0.1（Vt.%）;
（2）温度 35～50℃；
（3）相对湿度 95%～100%；
（4）测试周期8h内保持恒温恒湿状态，16h把箱盖打开，在室温下放置。以24h为一个周期。
1.4.4.4 试验过程
（1）取样按技术要求。被测涂层表面用二甲苯-酒精溶液清洗后由塑料丝穿孔，悬挂于玻璃棒上并放入箱内。试样与箱壁间路不小于2～4cm。
（2）密闭箱盖 在规定温度和相对湿度下通入规定浓度的SO2气体。在整个试验过程中保持浓度恒定。
（3）测试结束后，取出试样自然风干观察评级。
1.4.4.5 试验结果评定
可参照CASS试验或CORR试验进行。
1.4.5 温热试验
1.4.5.1 试验原理
利用人造洁净的高温高湿环境，对涂层进行耐蚀性试验。这种涂层耐蚀性测定往往不单独进行，而是作为涂层性能综合测定的一部分。在特定的温度和湿度或经常交变而引起凝露的环境下，涂层加速腐蚀。
1.4.5.2 试验条件
湿热试验经常有两种试验条件。
（1）恒温恒湿条件
温度40℃±2℃，相对湿度95%以上。人工模拟高温高湿环境腐蚀条件。
（2）交变温湿度条件
①从30℃升温到40℃，相对湿度≥85%，时间1.5～2h。
②高温高湿40℃±2℃，相对湿度95%，时间14～14.5h。
③降温从40℃±2℃降到30℃，相对湿度≥85%，时间2～3h。
④低温高湿30℃±2℃，相对湿度95%，时间5～6h。
这是人工模拟交变温湿条件。
1.4.5.3 试验设备
湿热试验在湿热试验箱中进行，国产DL-302型调温调湿箱技术参数如下：
额定功率 1.9kW
电压 220V（单相）
加热器功率 0.44～0.88kW
加湿器功率 0.9kW
鼓风机功率 0.04kW
鼓风机旋转频率 2800r/min
调温范围 环境室温升10～70℃
恒温波动度 ±0.5℃
调湿范围 环境温升10℃时，95%，环境温升70℃时，50%～95%±5%
1.4.5.4 试验结果评定
良好 色泽变暗，涂层和基体金属无腐蚀
合格 涂层腐蚀面积不超过1/3，但基体金属除边缘有棱角外无腐蚀。
不合格 涂层腐蚀面积超过1/3，或基体金属出现腐蚀。
1.4.6 全浸腐蚀试验
1.4.6.1 适用范围
金属涂层和化学转化膜在某种特定介质（浸入的介质）中的耐蚀性能。
1.4.6.2 试样
试样的形状和尺寸由试验目的，材料性质和使用容器而定，原则是：尽量采用表面积与质量之比值大的，边缘面积与总面积之比值小的试样。推荐试样规格：
板状 l×b×h, mm 50×25×(2～3)
或30×15×（1.5～3）
圆形 Ф×h ，mm 38×(2～3)或30×(2～3)
每次试验至少取3片平行试样。
1.4.6.3 试验条件
（1）试验条件由试验目的确定。试验溶液分天然的和人工配制的两种。每种溶液要详细记录其浓度、pH值、温度、成分、体积及是否通气等。
（2）为保证试验结果的重现性，应按一定顺序控制试验条件。
（3）溶液浓度用mol/L表示。试验溶液温度波动控制在±1℃
以内。
（4）试液溶液的用量应与试样表面积成一定比例。要考虑腐蚀率的大小。腐蚀率小于1mm/a,每平方厘米面积所需溶液量不少于20mL；腐蚀率大于1mm/a,每平方厘米面积所需溶液量不少于40mL。
（5）试验时间 时间的选择见表6-21。
表 6-21 试验时间的选择
|
估算或预测的腐蚀率/(mm/a)
|
试验时间/h
|
更换溶液与否
|
|
＞1
＞0.1～1
＞0.01～0.1
＜0.01
|
48
120
500
1000
|
不换
不换
10d换一次
10d换一次
|
①预测腐蚀率时，试验时间为24h,溶液一律为20mL/cm2。
1.4.6.4 试验结果评价
（1）清洗并称重后的试样，仔细检查其外观，若有局部腐蚀时，则按有关试验方法进行评价。
（2）若为均匀腐蚀，则采用所试验的全部平行试样的腐蚀率的平均值作为试验结果的主要评价。当某个平行试样的腐蚀率与平均值相对偏差超过±10%时，应取新的试样重新试验。若仍达不到要求，则应同时给出两次试验的平均值和每个试样的腐蚀率。
（3）腐蚀率计算，按下式进行：
R= ×104
式中 R——腐蚀率，mm/a;
W——浸渍前的试样质量，g;
Wt——浸渍后的试样质量，g;
S——试样的总表面积，cm2;
T——试验时间，h;
D——涂层材料的密度，g/ cm3。
1.4.7 基体为阴极的涂层腐蚀试验后评级参考图
这个参考图适用于户外大气暴露实验、人工加速腐蚀试验（NSS、AASS、CASS、CORR）的耐蚀性评级，所评级数称为“保护级”。要求基体为阴极的涂层，例如，钢和锌压铸件上电镀镍-铬和铜-镍-铬镀层。不适用于钢上镀锌或镀镉之类的牺牲阳极涂层。
附录A为参考评级图。
1.4.8 有关涂层耐蚀性试验标准举例
（1）JB/T 6074—1992 腐蚀试样的制备、清洗和评定
（2）GB/T 6464—1997 金属及其覆盖层大气腐蚀试验 现场试验的一般要求
（3）GB/T 11377—1989 金属和其他无机覆盖层 储存条件下腐蚀试验的一般规则
（4）JB/T 8424—1996 金属覆盖层和有机涂层 天然海水腐蚀试验方法
（5）GB/T 9789—1988 金属和其他非有机覆盖层 通常凝露条件下的二氧化硫腐蚀试验
（6）GB/T 14293—1988 人造气氛腐蚀试验 一般要求
（7）GB/T 10125—1997 人造气氛腐蚀试验 盐雾试验
（8）GB/T 6465—1986 金属和其他无机覆盖层 腐蚀膏腐蚀实验（CORR试验）
（9）GB/T 6466—1986 电沉积铬层 电解腐蚀试验（EC试验）
（10）JB/T 6073—1992 金属覆盖层 实验室全浸腐蚀试验、
（11）JB/T 7702—1995 金属基体上金属和非有机覆盖层盐水滴腐蚀试验（SD试验）
（12）GB/T 12334—1990 金属覆盖层 对底材呈阳极性的覆盖层 腐蚀试验后的试样评级
（13）GB/T 6461—1986 金属覆盖层 对底材呈阴极性的覆盖层 腐蚀试验后的电镀试样评级
（14）GB/T 12336—1990 腐蚀数据统计分析标准方法
1.5 涂层的耐磨性试验
1.5.1 磨料磨损试验
（1）试验原理
图6-6为试验原理示意图。磨料通常通过下料管以固定的速度落到旋转着的磨轮与方块形试样之间，磨轮的边缘为规定硬度的橡胶。试样借助杠杆系统，以一定的压力压在转动的磨轮上。试样借助杠杆系统，以一定的压力压在转动的磨轮上。试样的涂层表面与橡胶轮面接触。橡胶轮的转动方向应使接触面的运动方向与磨料流动方向一致。在磨料旋转过程中，磨料对试样产生低应力磨料磨损。经一定摩擦行程后，测定试样磨失重量，即涂层的减少量，并以此评定涂层的耐磨性。
（2）试样
典型试样尺寸为50mm×75mm,厚度为10mm，在其 平面上制备涂层，并用平面磨床将涂层磨平，磨削方向应平行与试样长度方向。涂层表面应无任何附着物或缺陷。
（3）试验条件 见表1-22。
表1-22 试验条件
|
序号
|
试验条件
|
材料或参数
|
|
1
2
3
4
5
|
橡胶轮材料
磨料
轮缘线速度
摩擦行程
载荷（压力）
|
氯丁橡胶
50～70目天然石英砂
140m/min
1000转，即550～660m
130N
|
(4)耐磨性评价
根据涂层失重情况，评价其耐磨性。
1.5.1.2 销盘式磨料磨损试验
（1）试验原理
图1-6为试验原理示意图。磨料通过下料管以固定的速度落到旋转着的磨轮与方块形试样之间，磨轮的轮缘为规定硬度的橡胶。试样借助杠杆系统，以一定的压力在转动的磨轮上。试样的涂层表面与橡胶轮面接触。橡胶轮的转动方向应使接触面的运动方向与磨料流动方向一致。在磨料旋转过程中，磨料对试样产生低应力磨料磨损。经一定摩擦行程后，测定试样磨失重量，即涂层的减少量，并以此评定涂层的耐磨性。
（2）试样
试样为Φ4mm的圆柱形棒，在其一端面制备涂层并将涂层磨平洗净，使其表面无任何缺陷和附着物。
（3）试验条件
试验机是国产销盘式ML-10型磨料磨损试验机。试验条件见表1-23。
表1-23 试验条件
|
序号
|
试验条件
|
材料或参数
|
|
1
2
3
4
5
|
圆盘转速
试样进给量
试样载荷
摩擦行程
磨料
|
60r/min
4mm/r
24N
9m
150目SiC砂纸，硬度为HM2600,或140～180目人造石英砂纸，硬度为HM840
|
1.5.2 摩擦磨损试验
1.5.2.1 试验原理
环形试样（其外环面的环槽上制备涂层）与配附件（材料一般为GCr15或铸铁，或者与实际工况材料一致的材料）形成摩擦副。形成摩擦副的配副件如图1-8所示有四种。实验过程中，可采取干摩擦，也可以是润滑摩擦。摩擦速度亦可自由选取。试验后测定试样的失重，即涂层的减少量。根据各组摩擦副及条件的试验结果，评级涂层的耐磨性。
图1-8 摩擦磨损试验的几种接触和运动形式
1.5.2.2 试样
试样为Φ40mm×10mm环形。环面上预加工宽9mm、深0.5mm的环槽，在环槽上制备涂层，再在磨床上把环面磨圆到试样尺寸，清洗干净后即可进行试验。
1.5.2.3 试验条件
一般可采用国产MM200型磨损试验机。
润滑条件 干磨擦或20#机油润滑，5~6滴/min
摩擦速度 200r/min (0.42m/s)或
400r/min (0.85m/s)
1.5.3 喷砂试验
1.5.3.1 试验原理
如图6-9所示，试样放入橡胶保护板上并固定在电磁盘上，在喷砂室内，用射吸式喷砂枪喷砂，喷砂枪用夹具固定，其喷砂角及喷砂距离保持不变。喷砂速率恒定。砂料一般选用刚玉砂。在喷砂过程中，磨料对涂层产生冲蚀磨损，喷砂时间一般选为1min。试验后测定试样失重，即涂层质量减少量，用以评定涂层的耐冲蚀磨损性能。
这种磨损试验特别适用于经受由气体或液体携带一定尖锐度的硬质颗粒冲刷造成的冲磨损。
1.5.3.2 试验条件
见表6-24。
表1-24 试验条件
|
序号
|
试验条件
|
试验参数
|
|
1
2
3
4
5
6
|
试样
喷砂枪及喷嘴孔径
喷砂空气压力
喷砂角度
喷射距离
喷砂时间
|
尺寸：60mm×50mm×5mm
涂层厚度≥0.6mm
射锡式喷枪，喷嘴孔径Φ10mm
0.54Mpa
30℃
100min
1min
|
1.5.4 涂层耐磨性试验举例
以下以喷磨试验（喷砂试验）仪测定阳极氧化膜的平均耐磨性为例，介绍这种氧化膜耐磨性测试方法。
1.5.4.1 适用范围
这种测试方法适用于膜厚不小于5µm的所有氧化膜的检验，尤其适用于检测区直径为2mm的小试样、表面不平的试样。若试样的图层面很平，应用销盘式（轮式）法较好。
1.5.4.2 试验原理
在严格控制条件下，由干燥的气流（空气或惰性气）携带的干燥SiC颗粒喷射在式样表面待测的阳极氧化膜层上，在不断磨粒射流冲蚀下膜层最终被磨损掉露除基体。氧化膜的耐磨性可用喷磨时间或所用的SiC重量来表示。
1.5.4.3 试验装置及试验条件
（1）喷磨试验装置
喷磨试验仪见图1-10~图1-12。试验仪由玻璃、黄铜、不锈钢或其他的硬质材料制成。它主要由两个管子组成，管子之间为同轴固定。外管与净化干燥的压缩空气或惰性气体发生器相通，所供气体由控制阀严格控制其流速。干燥磨料通过内管在出口端与空气混合后，直接喷射在阳极氧化膜试样上。
（2）试验条件 见表1-25
表1-25 试验条件
|
序号
|
试验条件
|
参数
|
|
1
|
SiC
|
粒度/µm
流速/(g·min-1)
|
106或105
20±1~30±1
|
|
2
|
空气或惰性气体
|
压力/kPa
流速/(L·min-1)
|
15
40~70
|
|
3
|
试样
|
检测区直径/mm
涂层厚度/µm
|
2
≮5
|
1.5.4.4 试验过程
（1）将试样固定在试验架上，受检涂层面向上与喷嘴相对，并与喷嘴呈正确角度。
（2）供料斗中加入足够量的碳化硅磨料。若耐磨性是按磨料用量来测量，则应称量供料漏斗中的磨料质量，精确到1g。
（3）将气体（压缩空气或惰性气体）的流速、压强调整至选定值，且在试验过程中恒定。
（4）在目测条件下密切注视被检试样，当磨损面中心出现一个小黑点，并且黑点的直径扩大至2mm时立即停止喷砂和计时器结束试验。
1.5.4.5 试验结果表示
（1）喷磨系数
喷磨系数的计算公式为：
K= ×10
式中 K——喷磨系数，g/µm或s/µm;
ds——标准试样上的检验面原始膜厚，µm；
Ss——标准试样的耐磨性参数，s或g。
说明如下。
①标准试样 标准试样的详细制备方法见GB/T 12967.1——91的附录C。试样尺寸140mm×70mm,厚度为1.0~1.6mm,材料为Al 99.5(13),硬化状态Y2。在试样表面制备的氧化膜厚度为（20±2）µm。
②在规定的条件下，若已得出了所用仪器的喷磨系数后，当再用这台仪器进行试验时，试验数据必须乘以这个系数。
（2）平均耐磨性
氧化膜表面某个部位的平均耐磨特性R是以在标准试样上所得数值作基准来表示，计算公式如下：
R=
式中 S——被检试样涂层的耐磨性（见下文），s或g;
d——被检试样原涂层厚度，µm。
说明以下几点。
①从两次称量（第1次为试验前供料漏斗中SiC重量，第2次为试验结束时漏斗中剩余SiC量）中计算出穿透氧化膜所需SiC量，以g表示。同时记录试验时间，以s表示。
②平均耐磨性是一个无量纲比值。标准试样的平均耐磨性为10。
③平均耐磨特性这个术语的含义是指阳极氧化膜的耐磨性沿厚度方向有可能发生变化；因此，所测量的值应是整个膜的平均性能。
1.5.5 有关涂层的耐磨性试验标准举例
1.6 涂层的孔隙率试验
1.6.1 概述
1.6.1.1 定义
（1）数学角度定义
从数学角度涂层孔隙率可定义为：涂层材料在制备前后的体积相对变化率，可表示为：
α=△V/V0 , △V= V-V0
式中 α——涂层孔隙率；
V0——涂层材料制备前的体积，L;
V——涂层材料制备后的体积，L。
故可有：
α=（ -1）×100%
（2）物理角度定义
从物理角度涂层孔隙率可定义为：涂层材料在制备前后的密度相对变化率，可表示为：
α= = =（1- ）×100%
式中 ρ0—— 涂层材料制备前的密度，kg/m3;
ρ—— 涂层材料制备后的密度，kg/m3;。
这里，显然ρ0＞ρ，α＞0。
1.6.1.2 孔隙率与涂层质量
由上述内容可见，孔隙率是表征涂层密实程度的度量。不同功能的涂层对孔隙率的要求不同。用不同方法制备的涂层其孔隙率也
不尽相同。例如，用于防腐蚀的耐蚀涂层，严防有害介质透过涂层到达基体，故要求涂层的孔隙率越小越好；同样是热喷涂NiCr合金耐磨涂层，若用火焰线材喷涂，其涂层孔隙率必然大于用等离子喷涂的同类材料涂层。从防腐蚀角度看，涂层孔隙率越小，耐蚀性就越好，故希望涂层孔隙率小。但对于耐磨减摩涂层，涂层中空隙多，则存储润滑油越多，当然是孔隙率越大越好。故涂层孔隙率大小的评价有赖于其功能的追求。
1.6.1.3 涂层孔隙率测定方法
涂层孔隙率测定方法很多，大致分为如下几种。
（1）物理法 包括浮力法、直接称量法。
（2）化学法 包括滤纸法、涂膏法、浸渍法。
（3）电解显相法。
（4）显微镜法。
1.6.2 滤纸法测涂层孔隙率
滤纸法测涂层孔隙率是目前生产中常用的一种方法。
1.6.2.1 适用范围
可用于测定钢铁或者铜合金基体上铜、镍铬、锡等单金属涂层和多金属涂层的孔隙率。
1.6.2.2 试验原理
基体金属被腐蚀产生离子，离子透过空隙，由指示剂在试纸上产生特征显色作用，即在待测层表面上刷试验液后贴上滤纸，试验液沿涂层空隙抵达基体表面并引起腐蚀产生离子。基体金属离子沿孔隙并在试验液中指示剂作用下在滤纸上留下斑点。根据斑点多少，即可算出涂层的孔隙率。
1.6.2.3 试验溶液及试验过程
（1）试验溶液
通常，试验溶液由腐蚀剂和显示剂组成。腐蚀剂的功能是：只腐蚀基体金属或中间层，不腐蚀涂层。一般采用氯化物等。指示剂则可与被腐蚀的金属离子产生特征显色作用，常用铁氰化钾等。试验溶液的选择应按基体金属（或中间涂层）种类和涂层材料而定。具体可参见表1-26。
表1-26 贴滤纸法各类试验液成分
|
序号
|
基体金属或中间涂层金属
|
涂层种类
|
溶液成分
|
浓度g·mL-1
|
滤纸在涂层表面上粘贴时间min
|
斑点特征
|
|
1
|
钢
|
铬
镍-铬
镍-铬-铬
|
铁氰化钾
|
10
|
10
|
蓝色点-孔隙直至钢基体
红褐色点-孔隙直至镀铜层
黄色点-孔隙直至镀镍层
|
|
氯化铵
|
30
|
|
氯化钠
|
60
|
|
铜及其合金
|
铬
镍-铬
|
铁氰化钾
|
10
|
10
|
红褐色点-孔隙直至铜镀层
黄色点-孔隙直至镀镍层
|
|
氯化铵
|
30
|
|
氯化钠
|
60
|
|
2
|
钢、钼及其合金
|
镍
|
铁氰化钾
|
10
|
钢铁5
铜件10
|
蓝色点-孔隙直至钢基体
红褐色点-孔隙直至铜基体
|
|
氯化钠
|
20
|
|
钢
|
铜-镍
镍-铜-镍
|
铁氰化钾
|
10
|
10
|
蓝色点-孔隙直至钢基体
红褐色点-孔隙直至镀铜层
黄色点-孔隙直至镍底层
|
|
氯化钠
|
20
|
|
钢
|
铜
|
铁氰化钾
|
10
|
20
|
蓝色点-孔隙直至钢基体
|
|
氯化钠
|
20
|
|
3
|
钢
|
锡
|
铁氰化钾
|
10
|
60
|
蓝色点-孔隙直至钢基体
|
|
氯化钠
|
5
|
试验溶液的配制：在蒸馏水中溶解10g氩铁氰化钾[K4Fe(CN)6·3H2O],10g铁氢化钾[K3Fe(CN)6·3H2O]和60g氯化钠（NaCl）,并稀释到1000mL,过滤后使用。试剂为化学纯，稀释剂为蒸馏水。试液原则上现配现用。试纸为组织细密的滤纸。
（2）试验过程
一般过程：把滤纸在试验液中浸湿，并在试样上刷上试验液，充分渗透，然后贴上浸湿试纸，紧密结合，不留空隙。数分钟后，揭下试纸用水冲洗干净贴在玻璃板上晾干，计量其中有色斑点数目及大小，并换算为孔隙个数。一次滤纸面积应在10cm2以上。
注意事项如下。
①基体为钢、铜或黄铜时，为显示直达基体上的孔隙，可在带有孔隙斑点的滤纸上加滴4%的亚铁氰化钾溶液，这时滤纸上原已显示的试液与镍层作用的黄色斑点消失，剩下为至钢铁基体的蓝色斑点或至铜底层的红色斑点。
②为显示直至镍层的孔隙，可在带有孔隙斑点的滤纸上加滴500mL/L25%的氨水含二甲基乙二醛2g/Lz的溶液。这时滤纸上显示镍层的黄色斑点转为玫瑰红色，而原显示至铜层的钢铁基体的有色斑点消失。
③检验外层为铬层的多层涂层时，应在镀铬后放置30min后进行。在钢铁、铜、铜合金基体上的铬层，测定至铜层（铜基体）的孔隙时，其有色斑点不完全印在滤纸上，因此可除去滤纸，直接在涂层表面检验红色斑点。
1.6.2.4 试验结果计算
计算时，可将刻度玻璃板压在试纸上，计算1cm2内的斑点数个数和大小。具体计算是：直径小于1mm的算1个斑点；直径在1～3mm的算3个斑点；直径大于3mm的算10铬斑点。最后涂层的孔隙率A为： A=
式中 n——斑点总个数；
S——试样试样面积，cm2。
即定义涂层孔隙率为：每平方厘米试纸上的斑点个数。
1.6.3 涂膏法测涂层的孔隙率
1.6.3.1 使用范围
除与滤纸法适用范围相同外，还适用于曲面形状试样。
1.6.3.2 试验原理
试验原理与滤纸法相同，只是将滤纸用膏状物代替。具体过程是：把含有试液的膏状物均匀涂敷在经过清洁和干燥处理的试样表面。膏状物中的试液渗入涂层孔隙，与基体金属或者中间涂层作用，生成具有特征颜色的斑点，对膏体上有色斑点数目进行计数，即可得到涂层孔隙率。
1.6.3.3 试验原理
（1）膏剂的成分 见表1-27。
表1-27 试验用膏剂
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编号
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基体金属
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涂层
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膏剂成分
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斑点颜色
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1
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钢
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所有涂层
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α-α联苯或邻菲罗啉；盐酸；二氧化钛
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红色
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2
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钢及其合金
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除锌、镉以外的涂层
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二苯基对二氨基脲；醋酸；过硫酸铵；甘油；二氧化钛
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红-棕色
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3
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镉试剂Ⅱ；过硫酸铵；氨水；二氧化钛
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红色
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4
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锌及其合金
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所有涂层
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二苯基硫代对二氨基脲；氢氧化钠；酒精；二氧化钛
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玫瑰-淡紫色
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5
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铝及其合金
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所有镀层
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铝试剂；过氧化氢；二氧化钛
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玫瑰红色
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备注
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不适用测定锡及其合金镀层的孔隙
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（2）膏剂的配制
1号膏剂 将0.1～0.2g α-α联苯吡啶或者邻菲罗啉溶于10mL 0.1～0.2mol/L盐酸溶液中，溶解后加入10～15二氧化钛粉末，调成糊状备用。此泥膏有效期为14天。
2号膏剂 在水浴中加热冰酸，计量配成20%的二苯基对二氨基脲醋酸溶液，取10mL此溶液加入15～30g二氧化钛粉末，调成糊状。然后依次加入10%过硫酸铵氨性溶液（将过硫酸铵直接诶溶于浓氨水的溶液与甘油调和，其用量体积比为：过硫酸铵：氨水：甘油=1：1：0.5），经充分搅匀后备用。此膏剂有效期为2～3天。
3号膏剂 在100mL蒸馏水中加入5～15g过硫酸铵和5～20mL氨水（密度0.91），配成过硫酸铵溶液，同等体积2%的镉试剂Ⅱ水溶液混合，然后以每10mL混合液加入12～15g二氧化钛粉末，调成糊状备用。此膏剂有效期为3～4天。
4号膏剂 将0.5g二苯基硫代对二氨基脲溶于10mL酒精溶液中，溶解后加入20～30g二氧化钛粉末，搅匀后再加入二倍体积的0.5mol/L氢氧化钠溶液，并调成糊状备用。此膏剂有效期为3～4天。
5号膏剂 在2%的铝试剂水溶液中，按每10mol溶液加入15～20g的二氧化钛粉末及相当于铝试剂溶液1/2体积的过氧化氢（密度为1.14～1.15）。经搅拌均匀成糊状备用。此膏剂有效期为3～4天。
1.6.3.4 检验及结果评定
（1）检验
试样准备方法同滤纸法。在处理过的试样表面上均匀涂敷选择好的膏剂，经5～10min后，直接观察膏层上的有色版点数。泥膏用量为0.5～1g/dm2。
（2）结果评定
参照滤纸法。
1.6.4 其他方法
1.6.4.1 直接称量法
如图6-13所示。在直径25.4mm、长L为63.50mm的圆柱形基体上切削深度δ=25.40～22.23mm、长L=50.8mm的槽，在槽中制备涂层材料并磨削加工至光滑，恢复为原来圆柱形。分别计算涂层制备前后的两个圆柱形的质量，即可计算出涂层孔隙率。涂层孔隙率A计算式为：
A=1-
=(1- )×100%
式中 W——涂层制备前（未加工凹槽）圆柱质量，kg;
W0——涂层制备后圆柱质量，kg;
ρ——圆柱形基体材料的相对密度；
V——凹槽体积，m3。
W2=W-W0。 相当于凹槽体积的涂层材料的质量，kg;
W1=ρV,相当于凹槽体积的圆柱形基体材料的质量，kg;
1.6.4.2 浮力法
把涂层从试样基体上小心地剥落下来，并在其表面上薄薄地涂上一层凡士林，然后用细金属丝吊起来。分别测出它在空气中和水中的不同质量，用下式计算孔隙率：
A=(1- )×100%
式中 ρz——涂层材料相对密度；
ρc——金属丝相对密度；
ρv——凡士林相对密度；
Wz——涂层在空气中的质量，kg;
Wc——金属丝在水中的质量，kg;
Wv——涂层表面凡士林的质量，kg;
Wt——涂层、金属丝、凡士林在水中的总质量，kg;
W——涂层、金属丝、凡士林在空气中的总质量，kg。
1.6.4.3 浸渍法（灌注法）
将试样浸入相应试液中或者将相应试液灌注在被测试样的一定表面上，试液渗入涂层孔隙与基体金属或中间涂层作用，在涂层表面产生有色斑点。对涂层表面有色斑点大小及数目进行评价，可得涂层孔隙率。此法适用于检测钢铁、铜或者铜合金以及铝合金基体表面的阴极性涂层的孔隙率。
1.6.4.4 显微测量法
用一定倍率的金相显微镜直接观测涂层表面孔隙，或者对涂层按顺序取平行截面观察其孔隙率，或者通过扫描电镜直接观测涂层断面（或表面）孔隙率。此法适于镀金、镀锡层，也可用于热喷涂金属涂层的孔隙率的测定。
1.6.4.5 置换法
将被测涂层试样浸入相应的试液中，利用电位较负的基体与试液中的铜离子发生置换反应，使涂层空隙处产生置换铜斑点。统计涂层表面置换铜斑点数，来评定涂层孔隙率。此法适于检验钢铁或者锌合金基体上的镍、铬涂层的孔隙率。
1.6.4.6 电解显像法
将被测试样作阳极，另一辅助电极作阴极，在相应的电解液中进行电解。通过电解使试样孔隙中暴露的基体金属或者中间涂层发生腐蚀，然后对试样表面出现的腐蚀点图像和腐蚀点多少进行统计分析，以评定涂层的孔隙率。此法适合于检验各种阴极性涂层的孔隙率。
1.6.5 涂层孔隙率的测试举例
以热喷涂涂层孔隙率铁试剂法为例说明。
1.6.5.1 适用范围
这种方法是一种滤纸法。用以测定热喷涂涂层贯穿性孔隙。适用范围：在钢铁基体上，各种不与氯化钠和铁氰化钾溶液发生化学作用的热喷涂涂层。如铝、锡、铅、铜等有色金属，塑料和陶瓷等热喷涂涂层。
1.6.5.2 试验原理
在涂层表面刷试验液，并在涂层表面贴试纸。试液渗透浸入贯穿孔隙直达基体与铁发生化学反应。反应物迁移到与涂层紧密相贴的试纸上。当试纸浸入铁氰化钾溶液时，有铁离子的地方会出现蓝色斑点。这些蓝色斑点就表示涂层相应的位置有孔隙存在。斑点的数量表示涂层的孔隙率。
1.6.5.3 试样及试验溶液
（1）试样
试样为已喷涂好的工件，也可采用与工件相同工艺和材料制备的平板涂层试样。试样表面积一般为25～100cm2之间。
（2）试验用品
化学药品均为分析纯。试验用水为蒸馏水。试验用纸一般用滤纸，纸在使用前应干燥、干净，尤其不可被铁离子污染。
（3）氯化钠溶液
将50g氯化钠和1g非离子型润滑剂，如乳化剂OP-10溶于1L蒸馏水中，用盐酸或氢氧化钠调节到Ph6±0.2备用。
（4）氯化钠凝胶液
将50g氯化钠、50g明胶或琼脂、1g非离子型润湿剂溶于1L不低于85℃的蒸馏水中，用盐酸或氢氧化钠调节至pH±0.2。溶液冷却后会凝胶化。使用前，加热至35～50℃。
（5）铁氰化钾溶液
将10g铁氰化钾溶于1L蒸馏水中，用盐酸或氢氧化钠调节至pH±0.2。
上述溶液一般应随用随配，如需保存溶液，以装入棕色玻璃瓶中，密封存放在阴暗处。如发现溶液变色或有悬浮物时，应停止使用。
1.6.5.4 试验过程
（1）将试纸浸入加热的氯化钠凝胶液中，当纸完全湿透后取出，滴去过量溶液。再紧密贴在经清洗过的涂层表面上。试纸和试验表面应保持湿润。
（2）10分钟后，从试验表面取下试纸并立即浸入铁氰化钾溶液中。试纸上相对于涂层有孔隙的地方会出现蓝色斑点，取出试纸干燥，并且测算除斑点数目。
1.6.5.5 结果评价
孔隙率用试验区内单位面积孔隙个数的平均值表示，单位为个/cm2。若需要还可测出试验区内最大单个孔隙斑点的面积，单位为mm2
，标出试验区域内孔隙密度最大的位置及其孔隙率，单位为个/ cm2。
1.6.6 有关涂层孔隙率试验标准举例
（1）JB/T 7509-1994 热喷涂涂层孔隙率试验方法 铁试剂法
（2）GB/* 5935-1986 轻工业产品镀层的孔隙率检验方法
（3）GB 123.5-1990 金和金合金电镀层的试验方法 第三部分孔隙率的电图像试验等同 ISO 4524/85
1.7 涂层的硬度试验
涂层的硬度是涂层机械性能的重要指标。它关系到涂层的耐磨性、强度及寿命等多种功能。
1.7.1 涂层的宏观硬度与显微硬度
1.7.1.1 定义
涂层的宏观硬度指用一般的布氏或洛氏硬度计，以涂层整体大范围（宏观）压痕为测定对象，所测得的硬度值。这里，由于涂层不同于基体，涂层总可能存在的气孔、氧化物等缺陷。对所测得的宏观硬度值会产生一定影响。
1.7.1.2 几点讨论
由上述定义的叙述中，可有如下几点讨论。
（1）涂层的宏观硬度与显微硬度在本质上是不同的，涂层宏观硬度反映的是涂层的平均硬度，而涂层显微硬度反映的是涂层中颗粒的硬度。两者的意义是不同的。
（2）涂层的宏观硬度与显微硬度在数值上也是不同的。例如，构成高碳涂层微粒的硬度值，若按显微硬度换算，为HRC67，而涂层的宏观硬度（平均硬度）值是HRC38～40。此外，在测定刻痕硬度时，夹杂在涂层微粒之间的化合物微粒可能给出更高的数值。
（3）由上述两点决定了两种硬度的适用条件不同。一般来讲，对于厚度小于几十微米的涂层，为消除基体材料对涂层硬度的影响和涂层厚度压痕尺寸的限制（若涂层太薄，则易将基体的硬度反映到测定结果中来），可用显微硬度。反之，若涂层较厚（厚度大于几十微米），则可用宏观硬度。
1.7.2 涂层的宏观硬度检验
1.7.2.1 试样及设备
（1）试样表面及背面应平行，涂层表面应光滑、洁净。每个试样至少测定五个压点，其中两个测点或任一测点距试样边缘的距离不得小于3mm。试样厚度应保证试样背面不得有明显变形。
（2）设备
一般用标准洛氏硬度计和表面洛氏硬度计。
1.7.2.2 试验方法
（1）涂层厚度的要求
标准洛氏硬度计的刻度盘指针每转一周表示压头压入深度为0.203mm,为精确测定涂层硬度，涂层厚度应为压入深度的10倍以上。因此，使用标准洛氏硬度计测涂层硬度时，涂层厚度最小为2mm。
（2）硬度计刻度的选择
最耐磨涂层采用C刻度、A刻度，表面洛氏硬度采用15N、30N、45N刻度测量；稍软的涂层用B刻度或A刻度，表面洛氏硬度用15T、30T、45T刻度测量。使用原则应根据涂层厚度来定。薄涂层用表面洛氏硬度计测定；对更软的涂层用带有主负荷为15kg的表面洛氏硬度计测定，分别采用直径为1.588mm（1/16”） 的钢球、15T刻度表;直径3.175mm(1/8”)的钢球、R15W刻度表；直径12.7..mm（1/2”）的钢球、R15Y刻度表。
（3）其他注意事项
①更换钢球或装上钢球时，第1次硬度读数不计入 ，以防钢球未安装合适而造成读数不准确。
②测试点数不应少于5个，最后取其平均数为测定涂层硬度值。
③测试点应在涂层表面中心线上均匀分布，并避开缺陷。
1.7.3 涂层的显微硬度检验
1.7.3.1 显微硬度计算
显微硬度法是采用显微硬度计上特制的金刚石压头，在一定静复合条件下压入试样涂层表面，得到相应的正方角锥体压痕。然后用硬度计上测微目镜将压痕放大一定倍率，再测量其压痕对角线长度。显微硬度计算式为：
HV=
式中 HV ——硬度值，N/mm2;
P——负荷，g;
d——压痕对角线长度，mm。
1.7.3.2 检验设备及条件
（1）检验设备
显微硬度计国产有631型、71型、HX-1000型等多个品种。显微硬度计的主要技术要求如下。
①放大倍率600倍以上；
②测微目镜分度值0.01mm;
③负荷重量10～200g;
④工作台调节范围为10～40mm。
（2）检验条件
①使用环境 环境温度20℃±1℃，要求周围环境干燥，无灰尘、无腐蚀，仪器平稳、水平放置。
②试样表面 （涂层表面或剖面）应干净、平整、光滑。
③检验位置 检测部位可以是涂层表面或剖面。应在主表面中心并避开缺陷位置。试样同以测试位置中，压痕之间的距离应在压痕对角线长度2.5倍以上。
④负荷大小 所加负荷大小可由下式算得：
m=
式中 m——负荷大小，g;
HV——估计涂层硬度值，N/mm2;
δ——涂层厚度，µm。
⑤加速负荷 加荷速度要适中，通常选为30s
1.7.3.3 涂层检验
（1）准备好试样并将显微硬度计按说明调试好，选择好载荷重量及加荷速度（见前文）。
（2）加荷 将被测试样的测试部位放在硬度计的物镜下，选择好压痕的合适位置后将其缓慢地移至硬度计的金刚石压头下方，然后均匀缓慢加荷，直至仪器指示加荷到选定载荷才停止加荷。
（3）观察压痕并测定压痕两条对角线长度。若两条对角线长度相等或接近，说明测量有效。计算对角线长度平均值，并据此查表或计算涂层硬度值。对同一试样，前述步骤在同等条件下重复3次，取算术平均值作为涂层显微硬度的最后测试结果。
1.7.4 有关涂层硬度试验标准的举例
（1）GB 9790-88 金属覆盖层及其他有关覆盖层维氏和努氏显微硬度试验 参照ISO 4516-80
（2）GB/*5934-86 轻工业品镀层的测试方法 显微硬度法 参照ISO 4516-80
1.8 涂层结合强度（附着力）试验
1.8.1 概述
涂层的结合强度（附着力）是指涂层与基体结合力的大小，即单位表面积的涂层从基体（或中间涂层）上剥落下来所需的力。涂层与基体的结合强度是涂层性能的一个重要指标。若结合强度小，轻则会引起涂层寿命降低，过早失效、重则易造成涂层局部起鼓包，或涂层脱落（脱皮）无法使用。
涂层结合试验可分为两类：一类是定性检验，多为生产现场检查用。如（1）栅格试验；（2）弯曲试验；（3）缠绕试验；（4）锉磨试验；（5）冲击试验；（6）杯突试验；（7）热震试验（加热骤冷试验）。另一类是定量检验，一般在试验中进行。如（1）拉拔试验；（2）剪切试验；（3）压缩试验。
涂层结合力定性试验的特点是：简单易行，可迅速得知涂层结合力状况，但准确度不够；而定量试验虽然复杂，但可得到一个较为准确的结合力数据。
1.8.2 涂层结合力定性试验
1.8.2.1 栅格试验
（1）适用范围
硬度中等、厚度较薄的涂层（如热喷涂锌或铝涂层、涂料涂层等）和塑料涂层等。
（2）测试原理
用硬质钢针或刀片从试样表面交错地将涂层划呈一定间距的平行线或方格。由于划痕时使涂层在受力情况下与基体产生作用力。若作用力大于涂层与基体的结合力，涂层将从基体上剥落。以划格后涂层是否起皮或剥落来判断涂层与基体结合力的大小。
（3）试验过程及评价
①用锐利的硬质钢针或钢划刀在涂层上划两条相距为2mm的平行线。划线时应施以足够的力，令划刀一次即可划破涂层直达基体。若两条划线之间的涂层无脱皮或剥落，则为合格。
②将涂层以1～3mm间距和45°～90°交错角度，划成一定能够数量的方形或菱形小格并划穿。
③按上述①、②划痕后，进一步以锐边工具在划痕处挑撬涂层，以挑撬后涂层不脱落为合格。
④用一种粘合性高的胶带贴在划痕后的涂层表面，待固化后撕去胶带，以涂层不脱落为合格。
（4）工程实例——热喷涂铝或锌涂层栅格试验
①原理 将涂层切断至基体，使之形成一定尺寸的方形格子，涂层不应产生剥离。
②工具 见图1-14为具有硬质刃口的切割工具。
③试验过程 使用如图6-14规定的刀具，切出如表6-28规定的格子尺寸。切痕深度要求将涂层切断至基体金属。若有可能，切成格子后采用供需双方协商认可的一种合适胶带，借助一个棍子施以5N的载荷将胶带压紧在这部分涂层上、然后沿垂直涂层表面的方向快速将粘胶带拉开。若不能使用此法，则测量结合强度的方法双方再协商。
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覆盖格子的近似表面
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检查的涂层厚度/µm
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划痕之间距离/mm
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15mm×15mm
25mm×25mm
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≤200
＞200
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3
5
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④结果评价 应无涂层从基体金属上剥离。若在每个方形格子内，涂层的一部分仍然粘附在基体上，而其余部分粘接在胶带上。若损坏发生在涂层的层面而不是发生在涂层与基体的截面处，则认为合格。
1.8.2.2 弯曲试验
（1）试验原理如图1-15所示。对矩形试样作三点弯曲试验。涂层与基体所受力不同，当两个力之分力大于涂层与基体之结合力时，涂层从基体起皮或剥落。最终以弯曲试验中涂层开裂、剥落情况来判定涂层与基体的结合力。
（2）工程实例——热浸镀锌丝锌涂层附着力的测试
用缠绕试验 将试样（镀锌丝）沿螺线方向以紧密的螺旋圈缠绕在规定直径的心轴上。心轴的直径大小根据镀锌丝品种、规格和要求而定。通常规定为试样直径的5倍、8倍、10倍等。个别钢丝要求厚的锌镀层。例如架空通信线用钢丝，心轴直径规定为钢丝直径的14倍，缠绕圈数为5～10 圈。缠绕时，螺旋圈应紧密排列，不得重叠。缠绕后用肉眼观察，其涂层不得开裂或脱落。
1.8.2.4 锉磨试验
（1）试验原理
如图1-16所示。用锉刀、磨轮或钢锯对试样自基体向涂层方向进行锉、磨或锯。利用锉、磨或锯过程中涂层与基体受到不同机械力及热膨胀性的不同，令两者在界面上产生分力。当此力大于涂层与基体结合力时，涂层脱落。
（2）适用范围
这种方法适于含Ni、Cr等较硬涂层结合力的测试。对极薄涂层以及Zn、Cd等较软涂层不适用。对不易弯曲、缠绕、耐磨涂层亦适用。
（3）几种试验条件
①将试样固定在台钳上，用锉刀自基体向涂层方向作单向锉削、锉刀与涂层不起皮或剥落为合格。
②将试样用工具夹住，在高速旋转的砂轮上对试样边缘部分进行磨削，磨削方向是从基体至涂层。经一定时间磨削后，以涂层不起皮或不剥落为合格。
③以钢锯代替砂轮，对试样边缘部分，从基体至涂层方向进行锯切。以涂层不起皮或不剥落为合格。
1.8.2.5 冲击试验
（1）试验原理
用锤击或落球对试样表面的涂层反复冲击，涂层在冲击力作用下局部变形、发热、震动、疲劳以至最终导致涂层剥落。以锤击（或落球）次数评价涂层与基体结合强度。
（2）试验方式
冲击试验方式分下述两种。
①锤击试验 将试样装在专用振动器中，使振动器上的扁平冲击锤以每分钟500～1000次的频率对试样表面涂层进行连续锤击。经一定时间后，若试样涂层锤击部位涂层不分层或不剥落，认为其结合力合格。
②落球试验 将试样放在专门的冲击试验机上，用一直径为5～50mm的钢球，从一定高度及一定的倾斜角向试样表面冲击。反复冲击一定次数后，以试样被冲击部位的涂层不分层或不剥落为合格。
6.8.2.6 杯突试验（球面凹坑试验）
（1）试验原理
类似于弯曲试验，也是检测涂层随基体变形的能力，以涂层变形后发生开裂或剥离的情况评定涂层的结合力是否合格。
（2）试验条件
试样在杯突试验机上（如杯突BT-6型、BT-10型）进行试验。钢球直径为20mm，杯口直径为27.5mm，以10min/min的速度由试样背面（无涂层面）将钢球向有涂层面方向压入，压入深度因基体和涂层不同而异，一般为7mm。观察突出变形部分涂层的开裂状况。如涂层随基体一样变形而无裂纹、起皮和剥落现象，则说明涂层结合力合格。
杯突试验也称深引试验，常被用来检验薄板金属较硬涂层的结合强度。最常用的是“埃里克森杯突试验”和“罗曼诺夫凹缘帽试验”。
（3）埃里克森杯突试验
采用一种适当的液压装置，将一直径为20mm的球形冲头以0.2～6mm/s的速度压入试样中至要求的深度。结合强度差的涂层只要经过几mm的变形就会起皮或剥落。当涂层结合强度大时，即使冲头穿透基体金属，涂层也不起皮。
（4）罗曼诺夫试验
由普通压力机组成试验装置。配有一套用来冲压凸缘帽的可调式模具。凸缘直径为63.5mm，帽的直径为38mm。帽的深度可在0～12.7mm之间调整。一般将试样试验到帽破裂时为止。深引后的未破损部分将表明深引如何影响涂层的结构。
1.8.2.7 热震试验（加热骤冷试验）
（1）试验原理
将试验在一定温度下进行加热，然后骤冷。利用涂层与基体热膨胀系数不同而发生的变形差异来评定涂层与基体的结合力是否合格。当涂层与基体间因温度变形产生的作用力大于其结合力时，涂层剥落。
（2）适用范围
适用于涂层与基体热膨胀系数相差较大情况。对热喷涂件，适用于使用环境要求受热或温差大的喷涂件，如各种加热设备工件、灯具等。
（3）试验过程
将试样用恒温箱式电阻炉加热，加热至预定温度，一般为0.5～1h。试样经加热及保温后，将试样在空气总自然冷却，或直接投入冷水骤冷。观察试样表面涂层，以不起皮、不脱落表示结合力合格。试样加热温度参看表6-29。温度误差为±10℃。某些易氧化的金属应在惰性气氛或还原气氛中加热，也可在适当的液体中加热。
表1-29 加热（骤冷）试验温度/℃
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涂层金属
基体金属
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铬、镍、镍+铬
铜、锡-镍
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锡
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钢
锌合金
铜和铜合金
铝和铝合金
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300
150
250
220
|
150
150
150
150
|
1.8.3 涂层结合力定量试验
1.8.3.1 拉伸试验
涂层拉伸试验目的是为了求得涂层在承受拉伸压力时的强度。涂层的拉伸强度定义为：
P=
式中 P——涂层与基体结合强度，N/mm2;
F——涂层承受法向拉伸应力的极限载荷，N;
S——涂层与基体结合面积，mm2。
拉伸试验可有不同的方法，以下举出几种。
（1）拉拔试验
如图1-17所示，在试样A的中心部位开孔，使活塞B与中心孔滑配合，并使试样A的顶部与活塞上端面处于同一平面，在此面上制备涂层。然后从下面支承试样，垂直向下拉拔活塞，直至活塞与试样端面的涂层破坏。
热喷涂层抗拉强度试验类似于上述方法，试样连接示意图分别见
图1-18。其连接装置为万向节连接装置。试样尺寸及装配图分别见图1-19及图1-20。
（2）使用粘合剂的拉拔试验
如图1-21所示，在试样A的端面上制备涂层，其厚度一般最小为0.4mm。在试样A的涂层表面和试样B的端面上各涂上一层很薄的粘合剂，令试样A和B在轴心重合，并加力使之充分粘合，粘合剂中不得有气泡，溢出的胶必须除去，以免产生“搭桥效应”，影响测试精度。然后在任何可满足静态拉伸的试验机上进行拉伸。
热喷涂涂层抗拉强度试验即用此法。试样连接见图1-22，试样加工及粘合分别见图1-23及图1-24。
①对试样的要求如下。
ⅰ）试样基体材料一般采用A3或45号钢或双方商定。
ⅱ）喷涂层材料及工艺由双方商定，试样数量为5个。
ⅲ）喷涂层厚度一般不小于1.2mm，机加工后保留1.0mm，或按有关协议。
ⅳ）喷涂层宽度不小于60mm,即A和B件各不小于30mm。
② 试验步骤如下。
ⅰ）试样的测量 测量喷涂前的试样直径d1和加工后的直径d2，精确到0.02mm。计算涂层的截面积。
ⅱ）试验机速度 除另有规定外，拉伸速度一般不超过1mm/min或加载速度不超过9807N/min。
③试验结果计算。
抗拉强度计算用下式：
σb =
式中 σb ——涂层的抗拉强度，N/mm2 ;
F——涂层最大破断载荷，N;
d1——A或B件喷涂前的直径，mm；
d2——加工后的试样直径，mm。
1.8.3.2 剪切试验
（1）涂层剪切强度
涂层的剪切强度指涂层承受切线方向（沿涂层表面）剪切应力的极限能力。
（2）试验方法
见图1-25.试样为圆柱形。在圆柱外表面中心部位制备涂层并磨削加工到所要求尺寸。将试样置于与其配合的阴模中，在材料试验机中缓慢加载，见图1-26。直至涂层被剪断剥离，记下剥离时的载荷。由试样的直径和涂层的长度可计算除受剪涂层的面积，由此可计算出涂层的剪切强度。计算式为：
Pj=
式中 Pj ——涂层剪切强度，N/mm2;
Fi——涂层剥离时的载荷，N;
D——试样涂层制备前的直径，mm;
L——试样涂层的长度，mm。
1.8.3.3 压缩试验
（1）涂层抗压强度
涂层抗压强度是涂层受压应力的极限能力。涂层在某些应用情况，例如对各种轴类的轴承负荷，抗压强度是项重要指标。涂层的抗压强度高于拉伸强度，一般是最大拉伸强度的3～4倍。
（2）试验及计算
试验用压头由高强材料制成。将试样放在万能材料试验机上缓慢加压，试样受力方向与涂层表面垂直，加压至涂层破坏为止。记下最大负荷。
涂层的抗压强度计算式为：
Py=
式中 Py——涂层抗压强度，N/mm2;
Fy——涂层破坏时的最大压力，N；
S——涂层受压面积，mm2。
1.8.4 几种涂层的结合强度
表6-30为用线材火焰喷涂不同前处理的不同基体上制备的各种涂层的抗拉强度、剪切强度。
表1-30 几种涂层的剪切结强度和拉伸结合强度/(N/mm2)
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喷涂材料
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试验方式
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喷砂处理
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钼底层
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车螺纹后喷钼底层
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0.1%碳钢
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剪切
拉伸
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47.80
18.34
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60.80
14.81
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110.13
20.99
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18-8 不锈钢
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剪切
拉伸
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57.27
20.89
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65.31
15.49
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140.92
20.99
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钝铝
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剪切
拉伸
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19.42
7.06
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30.20
11.28
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37.76
16.48
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硅铝合金
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剪切
拉伸
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30.89
11.67
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35.01
14.12
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56.09
21.38
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表1-31为等离子喷涂钼涂层，基体为经纱布打磨粗糙处理的软钢，其拉拔试验的结合强度。
表1-31 软钢基体经纱布打磨处理喷钼涂层结合强度/(N/mm2)
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喷涂距离mm
砂布/目
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70
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90
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110
|
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40
80
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18.34
8.53
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9.02
6.86
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7.45
10.89
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1.8.5 有关涂层结合强度试验标准举例
（1）GB 5270-85 金属基体上金属覆盖层（电沉积和化学沉积层）附着强度试验方法等效 ISO 2819-80
(2)GB/*5933-86 轻工产品金属涂层的结合强度试验方法 参照ISO 2819-80
(3)GB 9794-88 热喷涂锌及锌合金涂层试验方法 参照ISO 2063-73
(4)GB 9796-88 热喷涂铝及铝合金涂层试验方法 参照ISO 2063-73
(5)GB/T 8642-1988 热喷涂层结合强度的测定
（6）GB/T 8641-1988 热喷涂抗拉强度的测定
（7）JB/T 8554-1997 气相沉积薄膜与基体附着力的划痕试验法
（8）GB/T 12307.2-1990 金属覆盖层 银和银合金电镀层的试验方法 第二部分 结合强度试验
（9） GB/T 12305.5-1990 金属覆盖层 金和金合金电镀层的试验方法 第五部分 结合强度试验