复制磁带:新表面配置文件信息的来源

抽象的

钢表面经常清洁磨料的影响在应用保护之前涂料．所得到的表面剖面，有时称为固定的模式，由峰值和谷的复杂模式组成，必须准确评估，以确保遵守工作或合同规范。（用于背景阅读，见衬底表面制剂用于防腐。）测量参数包括轮廓高度，峰值计数，峰值密度和表面积增加（粗糙）。

在防护涂料工业中，复制带被广泛用于定量表面剖面．然而，与大多数其他现场测量方法一样，卷尺只能确定最大剖面高度。表面结构的其他测量方法也同样有意义，可以用电子显微镜或共聚焦显微镜或其他仪器来测量激光干涉轮廓仪但这些大型，复杂和昂贵的仪器不适合现场使用。

复制磁带提供磁带的反向拷贝研磨处理钢表面。本文将副本胶带重新审查为涂料专业人员所需的其他表面配置文件参数的来源。它解释了如何使用简单的低成本现场设备从副本磁带获得有价值的新信息。

简介表面轮廓的涂料

爆炸清洁后的钢结构由随机不规则的峰和谷不容易表征（图1A，1B）。爆破的表面的特征是预测涂料坚持．如果山谷粗糙的峰值不足，油漆不会粘附。如果山谷粗糙度太大，高峰可能突出通过涂料来成为腐蚀的焦点。（有关此主题的更多信息，请务必阅读神话或事实:更高的表面轮廓增加涂层附着力．)

图1a。电脑生成的喷砂清理钢表面的图像。

图1 b。一个表面。

涂料专业人员可使用多种测量方法，包括聚焦显微镜、表面比较仪、深度千分尺和触针粗糙度仪。每个方法都提供一部分信息。从一个实际来源获得必要的参数是可取的。本文将研究复制磁带作为可能的源。

使用副本磁带测量表面剖面

复制磁带是一种很早就知道的描述表面的方法。该方法简单，成本较低，与其他方法的结果具有良好的相关性。它特别适用于曲面的测量，这些曲面很难直接用触控式仪器或干涉激光扫描或光学焦距测量设备进行测量。因此，它已成为最流行的现场测量表面轮廓的方法也就不足为奇了。许多国际标准包括ASTM D4417[1]、ISO 8503-5[2]、NACE RP0287[3]和AS 3894.5[4]对其操作进行了描述。

复制胶带由一层可压缩的泡沫粘在不可压缩的材料上组成聚酯纤维基片厚度均匀(50 μm)+2μm或2密耳+0.1密耳）。当压在粗糙的钢表面上时，泡沫形成表面的印模或反向复制品。泡沫可以塌陷至其预塌陷厚度的约25％。因此，由于原始表面上的最高峰推高达聚酯背衬，完全压缩的泡沫侧向移位。同样，原来的最深山谷在副本中创造了最高峰值。

将压缩带(复制品)放在弹簧千分尺的砧之间，减去不可压缩聚酯基板(50 μm或2 mils)的贡献，就可以测量平均最大峰谷表面粗糙度剖面(图2a, 2b)。

图2a和2b。复制磁带的工作原理。

复制磁带可在几个厚度，以方便剖面测量在不同的范围。复制磁带的主要测量范围为20 ~ 115 μm (0.8 ~ 4.5 mils)，包括以下两种级别的磁带:

• 粗20 ~ 64 μm (0.8 ~ 2.5 mils)
• X粗38至115μm（1.5至4.5密耳）

复制磁带的优缺点

自20世纪60年代后期以来，复制胶带已用于测量磨料爆破钢的粗糙度曲线。与其他方法相比，它具有坚固性，较低的启动成本，良好的重复性以及保留所评估表面的物理复制品的优点。该方法广泛使用和广泛理解。

一个附加的优点，有时低估，是一个事实，即，与尖探针技术，摹本法的样本的连续的2维区域足够大，以产生稳健统计。单个电子表面粗糙度测试仪扫描，例如，样品一起研磨喷砂表面为12.5mm（0.5” ）长，10微米宽为0.12毫米的总面积的线²．一个单一的塑料泡沫复制品样值大约31毫米²，区域250倍。

然而，随着这些优点，缺点。最值得注意的是，这种复制方法和相关的厚度测定是模拟程序，并且每个等级或厚度的磁带仅在有限的轮廓高度范围内精确。跨越涂料最大兴趣的概况范围衬里专业(约20至115 μm或0.8至4.5 mils)要求两级磁带，粗和x -粗。

复制胶带的不幸特征是测量在每个等级的范围内的中间的测量最准确，并且在每个等级范围的外端的最小精确度（图3）。这就是为什么使用另外两个等级，粗倍数（<20μm或0.8 mil）和X粗加（>115μm或4.5密耳）来检查，如有必要，请在下端和上端调整测量主要范围。

图3：复制磁带的非线性。

每个磁带等级范围结束时线性损失的原因与胶带在那些厚度区域中的压缩方案有关。磁带的每个厚度或等级变得更加准确，因为峰值需要复制接近复制泡沫的全厚度。在用千分尺测量期间，峰被压缩略微达到峰值高度的形式。这限制了等级范围的上端的准确性。其范围下端的极限精度是事实上，像紧密挤压的厨房海绵一样，复制的泡沫达到了完全压缩的状态，也许可以放松一下（图4）。结果，是否在上端或下端，是复制泡沫对压缩的响应不与压缩程度线性相关。

图4：原因复制品带的非线性。

修正以提高测量精度

该粗级的范围的上端和X粗糙级的范围份额38的下端 - 64微米（1.5至2.5密耳）“重叠”区（图3和5）。当前TESTEX指令描述了用于编织粗和X-粗子范围一起在更大以实现合理的准确读数相对复杂的和耗时的过程（平均一个使用粗级读取和一种使用X粗级读取的）20 - 115微米（0.8至4.5密耳）范围内。这个配方是精度和易用性之间的折衷。

图5:两个复制磁带等级的重叠区域。

或者，通过使用查找表的处理器可以通过处理器补偿由非线性和限量范围的非线性和有限范围的缺点。这不是一个简单的弹簧剪辑的选项（图6）。使用强大的处理器的电子仪器可以提供用户选择传统直接读取的复制厚度（H）或本身应用调节值并显示表面轮廓高度的线性化测量（H._l）。

图6:弹簧千分尺。

该仪器的处理器中，当切换为“线性化”模式H_l，引导用户通过任何必要的读数(通常需要插入一个单一的粗或x -粗级复制品)，并返回一个测量调整泡沫的非线性响应。这个线性调整往往是小(的一个标准偏差),但设备的信号调节的主要优点是减少测量的不确定性,减少督察工作负载和错误的可能性,和减少数量的副本所需要的人员,以确保准确性。此外，由于每个级别的磁带实际工作范围比标签上规定的更大，具有适当的调整因子x -粗级可以用于测量名义粗范围的剖面，反之亦然。

三维曲面映射

正如这个改进的轮廓高度信息是有趣的，更多的表面特征数据包含在复制品的31毫米²表面积。通过数字成像可以获得重要的新数据。

磁带的一个特性与它复制表面的能力有关，它在被压缩的地方增加了光传输。光的透射率与压缩程度成正比。一张带有背光的复制磁带的照片显示了高压缩的亮区(峰)和低压缩的暗区(谷)(图7)。

图7：2D（左）和3D（右）从副本磁带派生的图像。

利用这种透明原理，可以通过简单地计数由数字图像传感器拍摄的印模上的亮点来确定峰值计数。这些亮度测量(每一项测量的大小都与触控笔轮廓测量设备的5微米探针相当)对应于厚度测量，而厚度测量反过来反映了原始表面的轮廓。一台带有运行合适算法的处理器的仪器可以识别峰值，并确定面积峰值密度，即每平方厘米有多少个峰值，或P_d，由ASME B46.1 [5]所定义。

与手写轮廓仪不同，复制磁带峰计数器，像精密和昂贵的实验室级干涉光学轮廓仪，计算真实的二维峰密度。手写笔的轮廓仪只测量粗糙表面上的一条线，它记录的大多数“峰”实际上是“峰肩”，手写笔沿着峰的一侧而不是峰的顶部。

这些图像的另一个优点是，更多的数据被用于导出每个测量（百万分单个副本的磁带测量对5000点为单个2.5厘米（1” ）指示笔扫描）。此外，这是所有与使用廉价的硬件，以获得类似于从实验室仪器获得的表面表征数据坚固字段仪器上进行。

一旦厚度/透明度关系应用于使用3D渲染软件对强度图像解释的解释，可以潜在地提取额外的表面表征参数。结果是爆破钢表面的三维图，其成本远小于干涉型分析装置（图7）。

虽然峰值高度和峰值计​​数是涂层长期粘附的因素，但各自为更基础的底层参数有助于：发展表面积[6]，或s_博士．（有关其他因素的信息，请参阅质疑定义适当的表面轮廓的当前方法．)

从3D图像来看，可以测量由爆破操作产生的表面积的增加。年代_博士是一种3D场参数，通过提供具有粗糙度值的涂层专业人员来提供与应用技术的功能相关性 - 通过爆破产生的附加表面积作为百分比增加（真实区域/ X-Y区域）[7]。

结论

一种使用厚度和成像传感器的简单和低成本便携式设备可以描述复制磁带的特征，并生成原始表面的图像和统计数据。这些参数包括:

• h - 所平均通过测量复制品带的厚度用测微计或厚度传感器获得的最大峰 - 谷距离的。
• H_l-更精确的峰谷高度测量，调整了磁带的非线性，而不需要平均两个或更多副本。这种方法还有一个额外的好处，就是能够扩展各级复制磁带的范围。
• P_d- 根据ASME B46.1的区域峰值密度。该值通常被引用为可用于锚固保护涂层的机械键合量的指标。
• 年代_博士- 表示为额外的表面积的贡献的纹理相比理想平面测量区域的大小的百分比所开发的界面面积比。
• 图片 - 副本带面以作记录的2D和3D渲染。

确认

笔者要感谢DeFelsko的莱昂Vandervalk和TESTEX的鲍勃Stachnik的援助。

来源

1. ASTM D4417（ASTM国际，100巴尔港湾径，西康舍霍肯，PA 19428）“用于喷砂清理钢表面轮廓的现场测量的标准测试方法”

2. ISO 8503-5“钢衬底的制备之前涂料的应用和相关产品 - 喷砂清理钢基材的表面粗糙度特性 - 第5部分：表面轮廓的测定的复制带方法”（国际标准化组织（ISO），1的Rue de内瓦瓦朗贝，邮政信箱56，CH-1211，日内瓦20，瑞士）

3. NACE标准RP0287-2002，“磨料的表面轮廓的场测量中喷砂清理钢材表面使用的复制带”。（腐蚀工程师协会（NACE），1440南非溪博士，休斯敦的国家协会，美国德克萨斯州77084-4906）

4.澳大利亚标准AS 3894.5-2002，“保护涂层的现场试验，方法5:表面轮廓的测定”。(澳大利亚标准协会，澳大利亚新南威尔士州悉尼邮政信箱476号，2001年)

5. ASME B46.1-2009“表面纹理（表面粗糙度，波纹和铺设）”（美国机械工程师协会，纽约三园大道，NY 10016-5990美国）

6.“几何产品规范(GPS) .表面纹理:面积。第2部分:术语、定义和表面纹理参数”(国际标准化组织(ISO)， 1 rue de Varembé， Case postale 56, CH-1211, Geneva 20, Switzerland)

7. C.A.棕色和S.Siegmann，“粘附和面积尺度分形分析的基本尺度，”国际机床和制造，41（2001）1927-1933