Zusammenfassung: Die Beschichtungsleistung hängt mit der Profilhöhe auf der Stahloberfläche zusammen. Zur Messung dieses Oberflächenprofils stehen drei Gerätetypen bzw. Methoden zur Verfügung: Replicafilm Abdruckband, Tiefenmikrometer und Tasterrauhigkeitsprüfer. In diesem Beitrag werden die Ergebnisse einer kürzlich durchgeführten Analyse von Messungen mit den drei Gerätetypen an Stahl vorgestellt, der mit verschiedenen Strahlmitteln gestrahlt wurde. Zudem wird eine neue Methode zur Messung mit Tiefenmikrometern vorgeschlagen, die als Mittelwert der maximalen Spitzenwerte bezeichnet wird.
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Oberflächenprofil messen - ein detaillierter Vergleich der Messmethoden
Behandelte Produkte: PosiTector SPG, PosiTector RTR H
Zusammenfassung: Die Beschichtungsleistung hängt mit der Profilhöhe auf der Stahloberfläche zusammen. Zur Messung dieses Oberflächenprofils stehen drei Gerätetypen bzw. Methoden zur Verfügung: Replicafilm Abdruckband, Tiefenmikrometer mit spitzen Messfühlern und Tasterrauhigkeitsprüfer. In diesem Beitrag werden die Ergebnisse einer kürzlich durchgeführten Analyse von Messungen mit den drei Gerätetypen an Stahl vorgestellt, der mit verschiedenen Strahlmitteln gestrahlt wurde, und es wird eine neue Methode zur Messung mit Tiefenmikrometern vorgeschlagen, die als Mittelwert der maximalen Spitzenwerte bezeichnet wird. detaillierter
Einführung in die Oberflächenprofilmessung
Stahloberflächen werden vor dem Auftragen von Schutzbeschichtungen häufig durch Abschleifen gereinigt. Bei diesem Verfahren werden frühere Beschichtungen entfernt und die Oberfläche aufgeraut, um die Haftung der Beschichtung zu verbessern. Das daraus resultierende Oberflächenprofil oder Ankermuster besteht aus einem komplexen Muster von Spitzen und Tälern, das genau bewertet werden muss, um die Einhaltung der Auftrags- oder Vertragsspezifikationen zu gewährleisten.
Fachleuten für Schutzbeschichtungen stehen mehrere Prüfmethoden zur Verfügung, um den Umfang des Oberflächenprofils zu bestimmen. Bisher gibt es nur wenige Informationen, die ihnen die Auswahl eines Instruments erleichtern oder beim Vergleich der Ergebnisse verschiedener Methoden helfen könnten.
Messmethoden - Wie wird das Oberflächenprofil gemessen?
Eine Stahloberfläche nach dem Strahlen besteht aus zufälligen Unregelmäßigkeiten mit Spitzen und Tälern, die nicht leicht zu charakterisieren sind. Instrumente, die dieses Profil mit einem hohen Maß an Präzision messen können, wie z. B. Rasterelektronenmikroskope, sind nur für den Einsatz im Labor geeignet. Wünschenswert sind Feldmethoden. Häufig werden Bereiche für das Oberflächenprofil angegeben, und das empfohlene Oberflächenprofil ist für verschiedene Arten von Beschichtungen unterschiedlich.
Die Bestimmung des Oberflächenprofils hängt von seiner Definition ab. ISO1 8503-12 definiert es als die Höhe der größten Spitzen im Verhältnis zu den größten Tälern. ASTM3 D71274 beschreibt es als die positiven und negativen vertikalen Abweichungen von einer Mittellinie, die ungefähr in der Mitte des zu bewertenden Profils liegt. ASTM D4417-115 definiert das Oberflächenprofil als "die Höhe der Hauptgipfel im Verhältnis zu den Haupttälern".
Oberflächenprofil - ein detaillierter Vergleich der Messmethoden
Es werden drei unterschiedliche Messmethoden beschrieben:
- Methode A - Profil-Vergleich
- Methode B - Tiefenmikrometer
- Methode C - Replicafilm Abdruckband
Abbildung 1 ASTM-Oberflächenprofil Messverfahren
In der Industrie gibt es keine Profilnormen mit Werten, die auf ein nationales Metrologieinstitut rückführbar sind. Wenn dies der Fall wäre, könnten die Geräte anhand dieser Normen überprüft werden, es könnten Genauigkeitsangaben veröffentlicht werden, und die Benutzer hätten die Möglichkeit, ihre Ergebnisse zu vergleichen. Mit Hilfe von Normen könnte die Beziehung zwischen den Werten von Abdruckbändern und den Werten von Tiefenmikrometern usw. bestimmt werden.
Da es keine physikalischen Normen gibt, hat sich die Industrie für eine Referenzmethode entschieden. NACE, ASTM und ISO beschreiben die Höhe des Oberflächenprofils als den Abstand zwischen der höchsten Spitze und dem tiefsten Tal im Sichtfeld eines optischen Mikroskops. Ein Mikroskop wird auf die höchste Spitze im Sichtfeld fokussiert. Die Strecke, die das Objektiv zurücklegt, um auf das tiefste Tal innerhalb desselben Sichtfeldes zu fokussieren, ist eine einzelne Messung der Profilhöhe. Das arithmetische Mittel von 20 solcher Messungen ergibt die mittlere maximale Höhe von Spitze zu Tal. Mit anderen Worten: der Durchschnitt der maximalen Spitzenwerte.
Abbildung 2 Computergeneriertes Bild einer gestrahlten Stahloberfläche (links) sowie eine gestrahlte Oberfläche (rechts)
Da die Mikroskop-Methode vor Ort nicht praktikabel ist, unterstützen die großen Organisationen eine Reihe von alternativen Methoden, die sowohl praktisch sind als auch von den Inspektoren routinemäßig angewendet werden.
ISO stellt Oberflächenprofilkomparatoren für gestrahlten Stahl her, die auf der Methode des Fokussiermikroskops beruhen. Der Benutzer vergleicht die Stahloberfläche mit Hilfe visueller oder taktiler Mittel mit dem Profil jedes Segments des Komparators, um eine entsprechende Einstufung von "fein", "mittel" oder "grob" vorzunehmen. Anhang B der ISO 8503-5: Abdruckverfahren zum Bestimmen der Rauheit (ISO 8503-5:2017) zeigt, dass eine gute Korrelation zwischen diesen Komparatoren und der Messung mit dem Abdruckband und dem Taststift besteht. Es gibt keine ISO-Methode für Tiefenmikrometer und es sollten auch keine Tiefenmikrometer zur Messung auf Profilkomparatoren verwendet werden, da diese nicht eben sind.
Die Norm NACE RP0287 (2016 aktualisiert zu SP0287-2016-SG) zeigt auch , dass die Messungen mit dem Abdruckband und dem Fokussiermikroskop in 11 von 14 Fällen innerhalb ihrer Grenzen (zwei Standardabweichungen) übereinstimmen.
Wie Replicafilm-Messgeräte (Tiefenmikrometer) das Oberflächenprofil messen
Die Benutzung von
Replicafilm bzw. Abdruckband ist einfach, kostengünstig und zeigt eine gute Korrelation zu den Ergebnissen des Fokussierungsmikroskops.
Somit ist es nicht verwunderlich, dass dies die wohl beliebteste Methode zur Messung von Oberflächenprofilen geworden ist.
Der Replicafilm bzw. das Abdruckband besteht aus einer Schicht komprimierbaren Schaumstoffs, die auf einem nicht-komprimierbaren Polyesterträger von sehr gleichmäßiger Dicke (50,8 µm + 5,08 µm) aufgebracht ist.
Wenn der Schaumstoff gegen eine aufgeraute Stahloberfläche gedrückt wird, kollabiert er und bildet einen Abdruck der Oberfläche. Legt man das komprimierte Band zwischen die Ambosse eines Tiefenmikrometers und zieht den Beitrag des inkompressiblen Substrats 50,8 μm ab, erhält man ein Maß für das Oberflächenprofil.
Mit dem
PosiTector RTR H
werden die 50,8 μm nicht komprimierbare Folie automatisch von allen Messwerten abgezogen.
Abbildung 3 Replicafilm / Adruckband
Laut ISO 8503-5 "misst diese Methode ein 'durchschnittliches maximales Spitze-Tal-Profil', weil die Ambosse des Tiefenmikrometers das Abdruckprofil leicht abflachen, so dass der Messwert einem durchschnittlichen Maximalwert entspricht, obwohl dies nicht dasselbe ist wie ein mathematischer Durchschnitt."
Dies ist eine Methode, die im Wesentlichen den Durchschnitt der maximalen Spitzenwerte misst.
In den letzten Jahren haben zwei andere Methoden der Profilmessung an Popularität gewonnen: das Tastschnittgerät (ASTM D7127) und das Tiefenmikrometer (ASTM D4417 Methode B). Elektronische Versionen dieser Geräte haben den Vorteil, dass der Bediener weniger Einfluss hat und die Messdaten digital erfasst und analysiert werden.
Weitere Informationen zu unseren digitalen Oberflächenprofilmessgeräten finden Sie unter DeFelsko PosiTector SPG Oberflächenprofilsonden oder DeFelsko PosiTector RTR-H Rauheitsmessgerät
Wie Taststift-Rauheitsmessgeräte das Oberflächenprofil messen
Bei einem tragbaren Gerät zur Messung der Oberflächenrauheit wird ein Taststift mit konstanter Geschwindigkeit über die Oberfläche gezogen. Das Gerät zeichnet die Auf- und Abwärtsstrecken auf, die der Stift beim Überfahren der Oberfläche zurücklegt. Es misst Rt in Übereinstimmung mit ISO 428710, wobei Rt der vertikale Abstand zwischen der höchsten Spitze und dem tiefsten Tal innerhalb einer bestimmten Auswertungslänge von 1,27 cm (0,5") ist. Es werden fünf dieser Messkurven erstellt und die Rt-Werte gemittelt, um wiederum den Mittelwert der maximalen Spitzenwerte zu erhalten.
Abbildung 4 Taststift-Rauheitsmessgeräte (die abgebildeten Messgeräte ähneln denen, die in dieser Studie verwendet wurden)
Bewertung von Replicafilm-Messgeräten & Taststift-Rauheitsmessgeräten in einem Ringversuch ( ASTM-Ausschuss D01.46 )
Das ASTM-Komitee D01.46 bewertete in einem Labor-Ringversuch die Präzision und Abweichung dieser Methode, indem die Teilnehmer fünf gestrahlte Stahlprüfplatten mit Replicafilm Abdruckband und 3 Taststift-Rauheitsmessgeräten maßen. Es wurden Taststift-Rauheitsmessgeräten ausgewählt, die über einen ausreichenden vertikalen Bereich verfügten, um für die Messung der vergleichsweise rauen Oberflächen geeignet zu sein, die für die Beschichtungsindustrie von Interesse sind. Dennoch überstieg das Oberflächenprofil auf einigen der Platten die Messgrenzen einiger der ausgewählten Instrumente.
Vorläufige Ergebnisse bestätigten eine enge Beziehung zwischen den Replicafilm-und Taststift-Rauheitsmessmethoden, so wie es auch die ISO festgestellt hatte. Sobald die Ergebnisse veröffentlicht sind, werden die Fachleute in der Branche Zugang zu zuverlässigen Vergleichsdaten haben. Damit bleibt nur noch die Tiefenmikrometer-Methode ohne Vergleichsstudie. Um eine Vergleichbarkeit zwischen allen drei Gerätetypen zu gewährleisten, wird in diesem Papier vorgeschlagen, dass Tiefenmikrometermessungen mit einer Methode analysiert werden, die ähnliche Ergebnisse wie die Replicafilm-und Taststift-Rauheitsmessmethode liefert und mit deren Messzielen übereinstimmt, nämlich mit der Methode " Durchschnittswert der maximalen Spitzenwerte". Um diesen Wert zu erhalten, wird das Profil an einer ausreichenden Anzahl von Stellen gemessen, um die Oberfläche zu charakterisieren, in der Regel sind dies fünf Stellen. An jeder Stelle werden zehn Messungen durchgeführt und der höchste Wert wird festgehalten. Der Durchschnitt (Mittelwert) aller Messpunkte wird als Profil der Oberfläche angegeben. Den Anstoß zu dieser Studie gaben Vorversuche an ASTM-Platten mit einem einzigen Tiefenmikrometer. Wie aus Abbildung 5 hervorgeht, stimmten die Ergebnisse der Tiefenmikrometer bei Verwendung des Mittelwerts der maximalen Spitzenwerte eng mit den Ergebnissen von Replicafilm-und Taststift-Rauheitsmessmethoden überein.
Abbildung 5 ASTM-Vergleichstabelle
Wie Tiefenmikrometer das Oberflächenprofil messen und wie diese im Vergleich zu Replicafilm-Messgeräten und Taststift-Rauheitsmessgeräten abschneiden
Ein Tiefenmikrometer hat eine flache Sondensspitze, die auf der zu messenden Oberfläche aufliegt, und eine gefederte Messspitze, die in die Vertiefungen des Oberflächenprofils hineinragt. Die flache Basis ruht auf den höchsten Erhebungen, jede Messung entspricht daher dem Abstand zwischen den höchsten lokalen Erhebungen und dem jeweiligen Tal, in das die Spitze vorgedrungen ist.
Abbildung 6: Tiefenmikrometer Übersicht
Derzeit verlangt die Norm ASTM D4417, dass der Benutzer den Durchschnitt aller Tiefenmikrometermessungen ermittelt, unabhängig davon, wie niedrig einige Messwerte sind. Es überrascht nicht, dass die berechneten Endergebnisse in der Regel unter denen liegen, die mit der Band- und Tastschnittmethode erzielt werden. Diese Studie bestätigte diese Vermutung (Abb. 12). Gelegentlich verzeichnete eines der Geräte Werte, die den Ergebnissen des Maßbandes entsprachen oder darüber lagen, aber das war die Ausnahme.
Nach der oben erwähnten ASTM-5-Panel-Studie war die Tiefenmikrometer-Methode die einzige Methode ohne Vergleichsstudie. Um eine Korrelation zwischen allen drei Gerätetypen zu ermöglichen, wird in diesem Papier vorgeschlagen, dass Tiefenmikrometermessungen mit einer Methode analysiert werden, die ähnliche Ergebnisse wie die Ergebnisse von Messbändern und Tastereinsätzen liefert und mit deren Messzielen übereinstimmt, einer Methode namens "Durchschnitt der maximalen Spitzen".
Um diesen Wert zu erhalten, wird das Profil an einer ausreichenden Anzahl von Stellen gemessen, um die Oberfläche zu charakterisieren, in der Regel fünf. An jeder Stelle werden zehn Messungen vorgenommen und der höchste Wert wird aufgezeichnet. Der Durchschnitt (Mittelwert) aller Messpunkte wird als Profil der Oberfläche angegeben.
Den Anstoß zu dieser Studie gaben Vorversuche an ASTM-Platten mit einem einzigen Tiefenmikrometer. Wie in Abbildung 5 zu sehen ist, stimmten die Ergebnisse der Tiefenmikrometer bei Verwendung des Durchschnitts der maximalen Peaks mit den Ergebnissen von Messband und Taststift überein.
Zusammenfassung der Tests zum Vergleich von Tiefenmikrometern mit Replicafilm Messgeräten und Taststift-Rauheitsmessgeräten
Um diese Ergebnisse zu überprüfen, wurden zwanzig mit gängigen Medien gestrahlte Platten von KTA Labs11 bezogen und fünf gängige Tiefenmikrometer erworben.
Fünf Personen führten mit jedem Gerät in einer kontrollierten Arbeitsumgebung 50 Messungen an jeder Platte durch, was insgesamt 5.000 Messwerte ergab.
An jeder Platte wurden mindestens 3 Replicafilm Messungen durchgeführt. Wenn die Ergebnisse in den äußeren Bereich des Messbereichs fielen, wurden zusätzliche Messungen mit dem nächsthöheren Replicafilm durchgeführt und der Mittelwert gemäß den Anweisungen des Herstellers ermittelt.
Zum Vergleich wurden Rauheitsmessungen mit drei gängigen Messgeräten durchgeführt. Schließlich wurden die Grundmetallmesswerte (BMR) von jeder Platte mit magnetischen Schichtdickenmessgeräten ermittelt.
Abbildung 7, Messstellen für die einzelnen Methoden
Auswirkung des Oberflächenprofils auf Schichtdickenmessgeräte
Schichtdickensonden messen den Abstand zwischen ihrer Sondenspitze und der magnetischen Ebene im Stahl. Bei glattem Stahl fällt die magnetische Ebene mit der Oberfläche des Stahls zusammen. Bei rauem Stahl liegt die magnetische Ebene irgendwo zwischen der höchsten Spitze und dem tiefsten Tal des Profils, eine Position, die je nach Gerätetyp unterschiedlich sein kann. Daher führt Rauheit im Allgemeinen dazu, dass Schichtdickenmessgeräte einen hohen oder positiven Wert anzeigen.
SSPC-PA 2 und andere Normen verlangen die Anwendung eines Korrekturfaktors, um diesen Rauheitseffekt zu kompensieren. In der Regel wird eine Kunststoffunterlage über das blanke Profil gelegt und mit dem Schichtdickenmessgerät gemessen. Das Messgerät wird so eingestellt, dass das Ergebnis mit der Dicke der Unterlegscheibe übereinstimmt. Die Unterlage simuliert den Lackaufbau über den Spitzen, und die Einstellung stellt sicher, dass die Lackdickenmessungen von der durchschnittlichen Höhe der Spitzen des Profils und nicht von der magnetischen Ebene aus vorgenommen werden
Um die Auswirkung des Profils auf die Schichtdickenmessgeräte zu quantifizieren, wurden an allen Platten Messungen mit Geräten des Typs 1 (mechanischer Abzug) und des Typs 2 (elektronisch) vorgenommen, nachdem sie zuvor auf glattem, flachem Stahl auf Null geprüft worden waren. Das durchschnittliche Ergebnis von fünf Messungen wurde für jede Platte aufgezeichnet.
Das Gerät vom Typ 1 wurde am wenigsten durch das Profil beeinflusst und maß auf der rauesten Oberfläche ein Maximum von 0,3 mils. Das Typ-2-Gerät maß zwischen einem Tiefstwert von 0 auf der glasperlengestrahlten Oberfläche und einem Höchstwert von 1,2 mils auf der kugelgestrahlten S390-Oberfläche. Insgesamt lieferte das Schichtdickenmessgerät Dickenergebnisse, die zwischen 1 und 26 % der mit dem Abdruckband gemessenen Höhen des Oberflächenprofils lagen, mit einem Durchschnitt von 13 % für alle Platten.
Abbildung 8, Schichtdickenmessgeräte versus Replicafilm-Messgeräte
Allgemeine Beobachtungen zur Oberflächenprofilmessung
Einige Oberflächenrauhigkeiten übersteigen die Messmöglichkeiten von Replicafilm Messgeräten und Taststift-Rauheitsmessgeräten. In der Praxis wird davon ausgegangen, dass handelsübliche Klebebandqualitäten die Messung von durchschnittlichen Rauheitsprofilen zwischen 12,7 und 127 µm ermöglichen. Alle in der Studie verwendeten Tiefenmikrometer verfügten über einen erweiterten Messbereich, der für die Messung gestrahlter Stahloberflächen geeignet war, und erreichten bei keinem der Paneele ihr "Maximum".
Die Messbereiche finden Sie auf den jeweiligen Produktseiten zu den Oberflächenprofilmessgeräten PosiTector SPG.
Bei mehreren Platten gab es Bereiche, in denen alle Instrumententypen hohe Profilwerte ergaben. Diese Abweichungen könnten auf die Unregelmäßigkeiten beim Strahlen von Hand zurückzuführen sein. Es kann davon ausgegangen werden, dass größere Flächen ähnliche Unregelmäßigkeiten aufweisen würden.
Es war nicht möglich, jedes Gerät an der exakt gleichen Stelle auf jeder Platte zu testen (Abbildung 7). Das Abdruckband (Replicafilm) untersucht einen relativ großen Bereich, so dass weniger Messungen erforderlich waren, um die Oberfläche angemessen zu charakterisieren. Taststift- und Tiefenmikrometermethoden haben feinspitzige Sonden, die einen viel kleineren Oberflächenbereich abtasten und daher mehr Messungen zur angemessenen Charakterisierung einer Oberfläche erfordern.
In den Leitfäden von ISO, ASTM, NACE und SSPC wird dies berücksichtigt.
Alle Methoden erforderten eine anfängliche Einrichtung und Genauigkeitsüberprüfung, bevor die Tests begannen.
Lesen Sie die PosiTector SPG und PosiTector RTR H Bedienungsanleitungen, um sich über die Einrichtung und die Überprüfung der Genauigkeit zu informieren.
Bei der Replicafilm-Methode musste die Genauigkeit des Mikrometers anhand einer bekannten Dicke (z. B. einer Kunststoffunterlage ) überprüft und die Skala um 2 mils zurückgestellt werden, um die nicht komprimierbare Kunststoffschicht zu berücksichtigen. Während der Prüfung mussten geringfügige Anpassungen vorgenommen werden, um die Mikrometerdrift auszugleichen.
Am meisten Einstellungsaufwand erforderten die Taststift-Rauheitsmessgeräte. Die richtige Messlänge wurde eingegeben, Berichtsparameter wie Rpc (Spitzenanzahl) und Rt (maximale Höhe von Spitze zu Tal in einer Messlänge) wurden festgelegt, und das Gerät musste sorgfältig auf der gestrahlten Stahloberfläche positioniert werden.
Die Tiefenmikrometer wurden vor und nach jedem Satz von 50 Messungen auf einer Glasplatte und einer Unterlegplatte mit bekannter Dicke auf Null geprüft. Während des gesamten Tests wich kein Instrument vom Nullpunkt ab.
- Bei der Replicafilm - Methode musste die Genauigkeit des Mikrometers anhand einer bekannten Dicke (z.B. einer Kunststoffunterlage) überprüft und die Skala um 50,8 µm zurückgestellt werden, um die nicht komprimierbare Kunststoffschicht zu berücksichtigen. Während der Prüfung mussten geringfügige Anpassungen vorgenommen werden, um die Mikrometerdrift auszugleichen.
- Die meisten Einstellungen waren bei den Taststift-Rauheitsmessgeräten erforderlich. Die richtige Auswertungslänge wurde eingegeben, Berichtsparameter wie Rpc (Peak Count) und Rt (maximale Peak-to-Valley-Höhe in einer Auswertungslänge) wurden festgelegt, und das Gerät musste mit Sorgfalt auf der gestrahlten Stahloberfläche positioniert werden.
- Die Tiefenmikrometer wurden vor und nach jedem Satz von 50 Messungen auf einer Glasplatte und einer Unterlegplatte mit bekannter Dicke auf Null überprüft. Während des gesamten Tests wich kein Instrument vom Nullpunkt ab.
Auf einigen Platten wurden nach der Prüfung mit Replicafilm-Abdruckband Kreise beobachtet. Vermutlich wurden sie durch mikroskopisch kleine Partikel verursacht, die sich in den Schaumstoff eingeprägt hatten und beim Abziehen des Schaumstoffs mitgerissen wurden. Auf einigen Platten wurden nach der Prüfung mit dem Taststift-Messgerät Kratzer festgestellt. Es wird vermutet, dass die Stahloberfläche leicht beschädigt wurde, als der diamantbesetzte Stift über die Spitzen gezogen wurde (Abb. 9).
Abbildung 9 Ein 400-fach vergrößertes Foto von granatgestrahltem Stahl mit einem Kratzer
Bei den Tests wird deutlich, dass die Ergebnisse einzelner Oberflächenprofilmessungen weniger wiederholbar sind und größere Schwankungen aufweisen, als die Benutzer es von anderen industriellen Messverfahren wie Trockenfilmdicke, Temperatur oder Glanzprüfung gewohnt sind. Während man davon ausgehen kann, dass zwei Trockenfilmdicke-Messungen sehr nahe beieinander liegen, können zwei Oberflächenprofilmessungen erheblich voneinander abweichen. Das liegt in der Natur einer gestrahlten Oberfläche.
Bei einer Platte, die mit einer Mischung aus grobem und feinem Staurolitsand gestrahlt wurde, lagen die Messungen mit dem Replicafilm zwischen 45,72 und 73,66 µm, mit dem Taststift-Rauheitsmessgerät zwischen 45,72 und 71,12 µm und mit dem Tiefenmikrometer zwischen 0 und 142,24 µm. Dennoch ergaben alle drei Methoden einen "Durchschnitt der maximalen Spitzen" von etwa 63,5 µm.
Genauso oft lieferten die drei Methoden jedoch auch Ergebnisse, die nicht so nahe beieinander lagen. Die Ergebnisse von Replicafilm und Taststift-Rauheitsmessgerät wichen manchmal um bis zu 30 % voneinander ab. Bei zwei Platten, die mit S280-Strahlmittel und Aluminiumoxid der Körnung 100 gestrahlt wurden, zeigte der Replicafilm 68,58 µm an, während die Taststiftmethode im Durchschnitt 55,88 µm anzeigte. Bei BX-40-Quarzsand hingegen zeigte das Replicafilm-Abdruckband 38,1 µm an, während das Taststift-Rauheitsmessgerät einen höheren Durchschnittswert von 48,26 µm ergab. Die mit den drei Taststift-Rauheitsmessgeräten ermittelten Durchschnittswerte waren bei allen 4 sandgestrahlten Platten höher als die Werte des Replicafilm-Abdruckbandes und bei allen oxid- und kugelgestrahlten Platten niedriger. Siehe Abbildung 12 für eine Zusammenfassung der Ergebnisse von Replicafilm-Abdruckband und Taststift-Rauheitsmessgerät.
Beobachtungen zur Messung mit dem Tiefenmikrometer
Bei der Messung des Oberflächenprofils mit den Tiefenmikrometern wurden die folgenden Punkte festgestellt:
- Lose Oberflächenverunreinigungen: Mehrere Panels ergaben hohe Ausreißermessungen, die in der endgültigen Analyse nicht berücksichtigt wurden. Die Teilnehmer berichteten, dass die Instrumente auf der Oberfläche "schaukelten". Dies machte sie auf das Problem der Oberflächenverunreinigung aufmerksam, so dass sie diese Bereiche mieden
- Messabweichungen: Bei sandgestrahlten Platten gab es weniger Messabweichungen als bei mit Glasperlen gestrahlten Platten. Von 250 Messungen, die mit einem Gerät an einer mit Granat gestrahlten 4 "x6 "x1/8"-Platte vorgenommen wurden, reichten die Ergebnisse von 0,2 bis 1,9 mils. Wenn nur die höchsten Messwerte gemittelt wurden, lag das Ergebnis von 1,2 mils nahe an den Ergebnissen von Klebeband und Taststift. Gelegentlich wurden niedrige Messwerte nahe Null gemessen. Sie wurden wahrscheinlich dadurch verursacht, dass eine große Spitze die Sondenspitze in die Nähe der Ebene des Gerätefußes drückte. Durch die Durchschnittsbildung nur der Maximalwerte wird verhindert, dass diese niedrigen Messwerte das Endergebnis beeinflussen.
Der höchste Messwert im obigen Beispiel von 1,9 mils ist ebenfalls von Interesse. Er scheint auf ein einzelnes, tiefes Tal hinzuweisen, in das die Sondenspitze eintauchte, auf eine große Spitze im Profil, die den Fuß des Tiefenmikrometers anhob, oder auf eine Oberflächenwelligkeit. Wie auch immer, es war nur ein Ergebnis von vielen, die gemittelt wurden, um eine aussagekräftige Profilmessung zu erhalten.
- Anzahl der Messungen für die Analyse: Wenn an jeder Stelle der Platten nur 3 Messungen vorgenommen wurden, stimmten die Ergebnisse nicht genau mit den Ergebnissen der Messstreifen überein, was auf eine unzureichende Anzahl von Messungen schließen lässt. Bei 5 Messungen pro Stelle lagen die Endergebnisse näher an den Ergebnissen der Messstreifen. Eine Erhöhung der Anzahl der Messungen auf 10 pro Stelle (nach ASTM) beseitigte die scheinbare Zufälligkeit der Ergebnisse und lieferte die beste Korrelation mit den Ergebnissen der Messstreifen- und der Taststiftmethode. Mehr Messungen verbesserten die Ergebnisse kaum. Die Verringerung der Anzahl der Messpunkte von 5 auf 3 hatte kaum Einfluss auf die Gesamtergebnisse. Dies deutet darauf hin, dass ein Minimum von 10 Messwerten an jeder der 3 Stellen eine gestrahlte Profiloberfläche ausreichend charakterisiert.
- Unterschiedliche Ergebnisse bei den Tiefenmikrometern: Die in dieser Studie verwendeten Tiefenmikrometer hatten Tastspitzen, die in einem Winkel von 30° und 60° bearbeitet waren. Ihre Federdrücke lagen zwischen 70 und 125 g Kraft. Geräte mit 30°-Sonden lieferten häufig niedrigere Ergebnisse als Geräte mit 60°-Sonden. Instrumente mit schwachen Tastkräften lieferten im Allgemeinen niedrigere Ergebnisse als Instrumente mit starken Tastkräften. Dies deutet darauf hin, dass der Winkel der Sondenspitze und die Kraft der Sondenspitze die Messergebnisse beeinflussen ( Abb. 10 ).
Hochauflösende Fotos der Sondenspitzen wurden untersucht. Alle Spitzen maßen korrekt 30 oder 60°, wie in der Werbung angegeben, aber ihre Spitzenradien variierten erheblich. Einige waren richtig abgerundet. Andere wiesen abgeflachte oder gemeißelte Enden auf ( Abb. 11 ).
Abb.10 Ergebnisse von allen Tiefenmikrometern
Abb.11a Hochaufgelöstes Foto von verschiedenen Tiefenmikrometerspitzen
Abb.11b Nahaufnahmen von verschiedenen Tiefenmikrometerspitzen
- Analysemethoden: Wenn 50 Messwerte jedes Tiefenmikrometers gemäß ASTM D4417 gemittelt wurden, waren die resultierenden Messungen der Profilhöhe fast immer niedriger als die des Replicafilms / Abdruckbands und des Taststift-Rauheitsmessgeräts. Wenn nur die Maximalwerte von jeder Stelle gemittelt wurden, korrelierten die Ergebnisse besser mit denen von Replicafilm / Abdruckband und des Taststift-Rauheitsmessgerät (Abb. 12).
Abb.12 Vergleich von Messmethoden, Ergebnisse von Geräten eines Typs werden zusammengefasst
Schlussfolgerungen und Ableitungen
Die Ergebnisse dieser Studie bestätigen die enge Beziehung zwischen den Messungen mit dem Maßband und dem Tastereinsatz, wie sie bereits im ASTM-Ringversuch festgestellt wurde. Die Ergebnisse enthüllten auch interessante Informationen über den dritten Messgerätetyp, das Oberflächenprofil-Tiefenmikrometer, das vergleichbare Ergebnisse wie das Maßband und der Taster erzielte, wenn der Analyseansatz "Durchschnitt der maximalen Spitzen" verwendet wurde (Abb.12).
Die Oberfläche des gestrahlten Stahls unterliegt an jedem Punkt einer zufälligen Veränderung, so dass eine Reihe von Messungen vorgenommen werden müssen. Das Ziel der Bewertung besteht darin, ein Maximum an Peak-to-Valley-Bestimmungen durchzuführen. Die einzelnen Messungen der Oberfläche einer gestrahlten Metalloberfläche variieren von Bereich zu Bereich auf einer bestimmten Fläche erheblich. Wie diese Messungen kombiniert werden, hängt von dem für die Aufgabe erforderlichen Parameter ab, der die durchschnittliche Spitze-zu-Tal-Höhe, ihr Maximum oder auch etwas anderes sein kann. Durch die Anwendung des Analyseansatzes "Durchschnitt der maximalen Spitzen" liefert ein Tiefenmikrometer zuverlässige Oberflächenprofilmessungen, die eng mit den Ergebnissen von Replika-Bändern und Tastschnittgeräten korrelieren.
PosiTector SPG Advanced Modelle verfügen über einen SmartBatch-Modus, um verschiedene Normen und Prüfverfahren zu erfüllen. Standardmäßig erzeugt SmartBatch Ergebnisse, die denen der Replika-Band- und Schleppstift-Methode nahe kommen, indem automatisch der Durchschnitt der maximalen Profiltiefe für alle Punkte innerhalb des Prüfbereichs ermittelt und "der Durchschnitt der maximalen Spitzen" angezeigt wird.
Quellen:
- Internationale Organisation für Normung (ISO), 1 rue de Varembé, Case postale 56, CH-1211, Genf 20, Schweiz
- Vorbereitung von Stahluntergründen vor dem Auftragen von Beschichtungsstoffen und verwandten Erzeugnissen - Oberflächenrauhigkeitseigenschaften von gestrahlten Stahluntergründen - Teil 1: Spezifikationen und Definitionen für ISO-Oberflächenprofilvergleichsgeräte zur Beurteilung von gestrahlten Oberflächen
- ASTM International, 100 Barr Harbor Drive, West Conshohocken, PA 19428
- ASTM D7127 "Standard Test Method for Measurement of Surface Roughness of Abrasive Stray Cleaned Metal Surfaces Using an Electronic Portable Stylus Instrument" (West Conshohocken, PA: ASTM)
- ASTM D4417 "Standard Test Methods for Field Measurement of Surface Profile of Blasted Cleaned Steel" (West Conshohocken, PA: ASTM)
- Aus NACE Standard RP0287-2002, "Field Measurement of Surface Profile of Abrasive Stray-Cleaned Steel Surfaces Using a Replica Tape". (Houston, TX: NACE, 2002)
- ISO 8503-2 Vorbereitung von Stahluntergründen vor dem Auftragen von Beschichtungsstoffen und verwandten Erzeugnissen - Oberflächenrauhigkeitseigenschaften von gestrahlten Stahluntergründen - Teil 2: Verfahren zur Klassifizierung des Oberflächenprofils von gestrahltem Stahl - Vergleichsverfahren
- Ergebnisse der Ringversuche der NACE-Arbeitsgruppe T-6G-19. Bericht des Technischen Ausschusses der NACE 6G176 (zurückgezogen). "Sauberkeit und Verankerungsmuster durch Schleuderradstrahlen von neuem Stahl" (Houston, TX: NACE International). (Erhältlich bei NACE International nur als historisches Dokument.)
- Diese statistische Zusammenfassung wurde mit imperialen Einheiten durchgeführt. Für die Umrechnung in metrische Einheiten wird 1 mil = 25,4 Mikrometer (μm) verwendet.
- ISO 4287: 1997 Geometrische Produktspezifikationen (GPS)-Oberflächentextur: Profilmethode - Begriffe, Definitionen und Oberflächenparameter
- KTA-Tator, Inc. (KTA), 115 Technology Drive, Pittsburgh, PA 15275 USA.