Анализ адгезии

Срок службы, прочность, эксплуатационные показатели, эстетичность изделия во многом зависят от прочности и долговечности защитного или декоративного покрытия поверхности, на надежность которого влияет в первую очередь степень адгезии веществ (адгезия – взаимодействие поверхностных слоев двух разнородных веществ) к материалу основания и когезии (когезия – взаимодействие слоев однородных веществ между собой).

Процесс адгезии возможен между жидкими веществами, твердыми материалами, жидким веществом и твердым материалом, он может быть результатом:

• механической адгезии – сцепления материалов, для чего требуются специальные вещества и механические способы сцепления веществ;
• адгезии между веществами на молекулярном уровне;
• возникновения двойного электрического слоя, когда в результате взаимодействия с одного материала на другой переносятся электрические заряды.

Современные методы сцепления основания с защитными и декоративными покрытиями различных материалов во многих случаях образуются в результате комбинированных процессов.

Методика определения величины адгезии и когезии веществ

Рынок измерительных приборов предлагает широкий выбор адгезиметров, предназначенных для определения величины адгезии термо- и гидроизоляционных, защитных и облицовочных веществ, прочности сцепления с металлом и другими материалами основания порошковой краски, взаимодействия эпоксидных компаундов, адгезии штукатурки, грунтовки, различных лакокрасочных материалов на горизонтальных, вертикальных основаниях произвольной толщины, формы и конфигурации из металла, бетона, полимеров, дерева и других материалов.

Однако, традиционные методы измерения адгезии материалов, такие как способы отрыва, надрезов и разрушения индентора, используемые большинством моделей адгезиметров, не позволяют корректно определить адгезию - прочность сцепления с веществом основания защитных и декоративных покрытий металлов и других материалов, полученных следующими методами, реализующими инновационные процессы:

• методом физического или химического осаждения веществ из паровой фазы, когда специальное оборудование позволяет создать в вакуумной среде на поверхности материала основания тонкую наноразмерную пленку защитного или декоративного вещества с высокой степенью адгезии;
• методом электроосаждения, позволяющим обеспечить адгезию полимерных веществ на проводящей поверхности материала основания под воздействием электрического тока;
• методом плазменной адгезии, когда материал для защитного или декоративного покрытия нагревается до температуры плавления после чего вещество подается в струю плазмы, обладающую очень высокой температурой и в виде двухфазного потока напыляется на поверхность материала, подлежащего защите.

Максимальная достоверность измерений величин адгезии и когезии защитных и декоративных веществ, выполненных такими методами, достигается за счет замеров величины адгезии поверхностного слоя твердого материала методом царапания.

Суть этого метода заключается в измерении глубины и ширины царапины, полученной в результате взаимодействия поверхности материала с испытываемым покрытием и нормально приложенной постоянной нагрузки стандартного индентора (чаще всего для этого используются стандартные инденторы Роквелла) с одновременным перемещением его острия по поверхности материала со скоростью от 100 до 1500 мм/минуту. На основании анализа полученных результатов процесса определяется степень адгезии к основанию защитных и декоративных покрытий, нанесенных новыми методами.

Приборы для анализа величины адгезии веществ

Согласно международных стандартов ASTM C1624, ISO 20502 и DIN EN 1071-3, определение величины адгезии и когезии веществ, нанесенных инновационными способами, производится на основе анализа результатов замеров прочности сцепления с основанием поверхностных слоев защищаемого металла или другого материала, произведенных способом царапания.

С учетом этих требований, основанная в 1953 году немецкая компания Helmut Fischer Holding GmbH, расположенная в г. Зиндельфинген, (земля Баден-Вюртемберг) изготавливает приборы, где автоматизированная система склерометрии выдает информацию, необходимую для анализа величины адгезии и когезии декоративных и защитных покрытий материалов твердого основания:

• Fischerscope® ST30;
• Fischerscope® ST200.

Обладающие диапазоном нагрузки, а также максимальной нагрузкой трения соответственно 30 Н и 200 Н и разрешением 0,7 мкН и 3,3 мкН.

Измерения адгезии защитных слоев и вещества основания, полученные приборами, могут использоваться в ходе разработки, проверки силы и качества сцепления, приемочного и технологического контроля:

• компонентов двигателей автомобильного транспорта и систем привода;
• специальных материалов для медицинской техники;
• компонентов электронных приборов, проволочных соединений и др.

Также для определения показателей адгезии анодных покрытий (металлические покрытия, обладающие электродным потенциалом, меньшим чем у материала, подлежащего защите. В случае повреждения такого покрытия и возникновения элемента коррозии, защищаемый металл не разрушается, т.к. становится катодом).

Для выполнения способом царапания процесса замеров адгезии с твердым основанием защитных и декоративных покрытий, установки Fischerscope® ST30 и Fischerscope® ST200 комплектуются:

• акустическим датчиком излучения;
• датчиком глубины до 1600 мкм с разрешением 0,01 нм для замера глубины царапины;
• стандартным индентором Роквелла с рабочей частью в виде шарика радиусом 200 мкм из сплава высокой прочности;
• опорной рамой из натурального камня;
• программируемым двухкоординатным столиком 0,1×0,1 м с моторизованной осью аппликат;
• видеокамерой с 5- и 20-кратным увеличением;
• набором фильтров с возможностью вращения анализатора и поляризатора на 360°;
• энергоэффективной, компактной CMOS камерой с цветным разрешением 1280×1024 пикселей;
• LED-подсветкой;
• программным обеспечением на базе ОС Windows.

Поставку отечественным предприятиям и организациям установок Fischerscope® ST30 и Fischerscope® ST200 - приборов для замеров процесса адгезии защитных и декоративных покрытий разнородных материалов методом царапания, производит компания «Литас» из Казани – один из лидеров российского рыночного сегмента рынка приборов для неразрушающего контроля материалов и изделий.