Оценка показателей точности определения толщины покрытий методом шарового истирания

Толщина — один из ключевых параметров, характеризующих качество и функциональные свойства покрытий. Для ее измерения чаще всего на практике используют различные косвенные методы (электромагнитные, радиационные, оптические), основанные на функциональной зависимости того или иного физического параметра системы основание — покрытие от толщины последнего. Основное ограничение точности при этом — чувствительность способов определения к свойствам покрытий. Поэтому актуально развитие и внедрение подходов, включающих непосредственное измерение геометрических параметров покрытия. Однако они зачастую относятся к разрушающим методам, требующим специального оборудования, и должны проходить метрологическую аттестацию (ГОСТ Р 8.563–2009). В статье предложен способ определения толщины покрытий методом абразивного шарового истирания. Приведены технические режимы необходимого испытательного оборудования, алгоритм проведения измерений и расчетные формулы. Представлены результаты оценки показателей точности предлагаемой методики расчетным и экспериментальным способами (в обоих случаях относительная погрешность не превышала 6 %). Показано, что методика применима для широкого спектра материалов покрытий (от мягких металлов до сверхтвердых керамик) толщиной от единиц до сотен микрометров и может быть рекомендована не только для технологического и выходного контроля, но и в качестве референтного подхода для метрологической аттестации мер и настроечных образцов для различных типов толщиномеров.

1. Голубев С. С., Бабаджанов Л. С., Бабаджанова М. Л. Структура и содержание метрологического обеспечения оценки соответствия характеристик при контроле качества покрытий / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2017. Т. 83. № 4. С. 71 – 74.

2. Голубев С. С., Бабаджанов Л. С., Гоголинский К. В., Сясько В. А. Актуальные вопросы метрологического обеспечения контроля качества покрытий / Законодательная и прикладная метрология. 2017. Т. 146. № 1. С. 19 – 23.

3. Бабаджанов Л. С., Бабаджанова М. Л. Метрологическое обеспечение измерений толщины покрытий. Теория и практика. — М.: Издательство стандартов, 2004. — 264 с.

4. Потапов А. И., Сясько В. А. Неразрушающие методы и средства контроля толщины покрытий и изделий. — СПб: Гуманистика, 2009. — 1100 с.

5. Golubev S. S., Syasko V. A., Smirnova N. I., Gogolinsky K. V. Phase-sensitive eddy-current method of metallic coating thickness measurement. On question of calibration and verification of coating thickness gauges and metallic coating thickness standards / Proc. 55th Annual Conf. of Non-Destructive Testing (NDT). — Nottingham, UK, 2016. P. 166 – 174.

6. Голубев С. С., Смирнова Н. И., Складановская М. И. Обеспечение единства измерений толщины металлических покрытий вихретоковыми фазовыми толщиномерами при их градуировке и поверке / Измерительная техника. 2017. № 6. С. 25 – 28. DOI: 10.32446/0368-1025it.2017-6-25-28

7. Сясько В. А., Голубев С. С., Смородинский Я. Г. и др. Измерение электромагнитных параметров мер толщины металлических покрытий / Дефектоскопия. 2018. № 10. С. 25 – 36. DOI: 10.1134/S0130308218100044.

8. Усеинов А. С., Гоголинский К. В., Решетов В. Н. Измерение механических свойств сверхтвердых алмазоподобных углеродных покрытий / Известия вузов. Серия: химия и химическая технология. 2011. Т. 54. ¹ 7. С. 51 – 54.

9. Quinones-Salinas M. A., Mercado-Solis R. D. Comparative study of three methods for measuring thickness of PVD hard coatings / International Journal of Surface Science and Engineering. 2015. Vol. 9. N 6. P. 493 – 509. DOI: 10.1504/IJSURFSE. 2015.072831.

10. Bomparola R., Caporali S., Lavacchi A., Bardi U. Silver electrodeposition from air and water-stable ionic liquid: An environmentally friendly alternative to cyanide baths / Surface and Coatings Technology. 2007. Vol. 201. Issue 24. P. 9485 – 9490. DOI: 10.1016/j. surfcoat. 2007. 04. 008

11. Černý F., Pitter J., Konvičková S., Jech V. High temperature oxidation protective chromium-based coatings prepared by IBAD and PACVD methods / Surface and Coatings Technology. 2009. Vol. 203. P. 2566 – 2570. DOI: 10.1016/j.measurement. 2014.06.002

12. Corbella C., Rubio-Roy M., Bertran E., et al. Low friction and protective diamond-like carbon coatings deposited by asymmetric bipolar pulsed plasma / Diamond & Related Materials. 2009. N 18. P. 1035 – 1038. DOI: 10.1016/j.diamond.2009. 01.003

13. Körber F.-J. The role of ion implantation in industrial sputtering processes for tribological applications / Surface and Coatings Technology. 1995. Vol. 74 – 75. P. 168 – 172. DOI: 10.1016/ 0257-8972(95)08362-6.

14. Rutherford K. L., Hutchings I. M. A micro-abrasive wear test, with particular application to coated systems / Surface and Coatings Technology. 1996. Vol. 79. Issue 1 – 3. P. 231 – 239. DOI: 10.1016/0257-8972(95)02461-1.

15. Рамазанов А. К., Ганеев А. А. Условия эксплуатации и требования к материалам трубопроводной арматуры нефтеперерабатывающей промышленности / Нефтегазовое дело. 2015. ¹ 4. С. 313 – 325. DOI: 10.17122/ogbus-2015-4-313-325.