本文介绍了测量固化和未固化涂层粉末厚度的现有技术。它回顾了工作原理和相关的行业测试方法和标准，并讨论了无纸化质量保证（QA）的最新趋势。
对所有粉末涂料生产商来说，测量膜厚应该是一项常规工作（图1）。定期测量有助于控制材料成本，管理应用效率，并保持表面质量。粉末涂料制造商推荐了目标膜厚范围，以实现最佳的性能特点，而客户也希望这些参数能够得到满足。
粉末薄膜的厚度可以用几种不同的仪器在固化前和固化后进行测量。图2是一个例子。每个粉末涂料操作都应该知道有哪些设备，以及如何使用这些设备。
可以说，膜厚是保护性涂层应用和检测过程中最重要的一项测量。粉末涂料被设计为在制造商指定的厚度范围内使用，以发挥其预期功能。干膜厚度（DFT）直接影响成品涂料的许多物理和外观特性。DFT可以影响涂层的颜色、光泽、表面轮廓、附着力、弹性、抗冲击性和硬度。当膜厚不在公差范围内时，涂装后组装的部件的配合也会受到影响。
精确测量涂层厚度也有其他好处。无论是为了满足国际标准化组织（ISO）、质量，还是客户对过程控制的要求，公司都需要验证涂层质量，以避免浪费金钱重新加工产品。通过检查他们的应用设备，他们确保涂层的应用符合制造商的建议。
涂抹者必须均匀地涂抹粉末（图3），并根据产品规格表进行涂抹。涂抹过多的DFT不仅是一种浪费，而且还有可能出现固化不完全的情况，并会大大降低涂层系统的整体性能。高的建膜量往往导致粘附性差。涂层往往会从基材上剥落或脱落。定期测试可以减少内部返工和客户因涂饰缺陷而退货的数量。
粉末涂层厚度的测量可以采用不同的方法，这取决于测试是在粉末固化之前还是之后进行。美国测试与材料协会（ASTM）有一系列描述这些技术的标准。
膜厚测量可以在固化和交联之前或之后进行。基材的类型、涂层的厚度范围、部件的尺寸和形状以及工作的经济性决定了所采用的方法。
对于未固化的应用粉末，可以用粉末梳子和采用特殊粉末探头的电子量具（图4）进行高度测量。由于涂层粉末在固化过程中通常会减少厚度，因此需要确定一个减少系数来预测固化的DFT。另外，超声波仪器可以在不接触表面的情况下测量未固化的粉末，并自动预测粉末的固化厚度。
固化后，有各种手持工具可以在涂层部件上直接进行DFT测量。这些非破坏性的仪器根据基材的不同，采用磁、涡流或超声波原理。不太常见的方法包括千分尺测量、破坏性的干膜方法，如横断面，和重量（质量）测量。
在美国，粉末厚度测量通常使用的standard 单位是密耳；1.0 密耳等于千分之一英寸（1/1000 英寸）。如果制造商规定的厚度为 2.0 至 5.0 密耳，则最终固化的粉末厚度应在 0.002 至 0.005 英寸之间。公制测量单位称为微米（μm）；25.4 微米等于 1.0 密耳。
涂装者必须根据产品规格表均匀地喷涂粉末。这样才能从该特定的粉末规格中获得最大利益。大多数厚度测试规范适用于粉末的固化厚度，因此我们对不同厚度测量技术的研究从这里开始。
千分尺是用于检查DFT的原始工具之一，至今仍有实际应用。它们的优点是可以测量任何涂层/基材组合，但缺点是需要接触到裸基材。必须进行两次测量：一次是在有涂层的情况下，另一次是没有涂层的情况下。这两个读数之间的差异，即高度变化，就是涂层厚度。
也有两种破坏性的技术。一种是将涂层部件切成横截面，通过显微镜观察切口来测量薄膜厚度。另一种技术是用一个比例显微镜来观察通过固化涂层的几何切口。当廉价的非破坏性方法不可能实现或需要确认非破坏性的结果时，就会使用这种方法。
测量固化粉末厚度的最常用方法是使用电子DFT测量仪。它们是手持式的，易于操作，而且成本相对较低。它们采用磁性、涡流或超声波原理，具体取决于零件材料。
如果工件是钢制的，则可以使用机械量规。它们采用一块永久磁铁和一个校准弹簧。该装置测量将磁铁从涂层钢表面拉出所需的力。磁性拉力计坚固、简单、便宜、便携，通常不需要校准调整。在生产过程中只需要少量读数的情况下，磁性拉力计是一种很好的低成本替代品。
由于简单、通用、准确和记录的原因，电子DFT仪器是大型和小型粉末操作的一个流行选择。它们在测量钢铁时使用磁力原理，在测量其他金属时使用涡流原理，有时结合在一台仪器上。测量结果显示在一个易于阅读的液晶显示器（LCD）上。有多种探头可供选择，可用于测量不寻常的零件形状或精确测量非常薄或非常厚的涂层系统。
非金属应用，如涂层塑料或木材，需要使用超声脉冲回波技术（图5）。这给以前无法以合理价格进行非破坏性质量控制的行业带来了机会。这种测量技术的一个好处是可以测量多层涂层系统中的各个层。
到目前为止，所讨论的测量方法都是在粉末固化后在部件上使用的。也有可能，而且在某些情况下更理想的是，在应用后立即测量涂层，以预测固化粉末的厚度。
如果涂层应用不当，在其干燥或化学固化后的修正需要昂贵的额外劳动时间，可能导致薄膜的污染，并可能带来附着力和涂层系统的完整性问题。在涂抹过程中测量膜厚可以确定涂抹者是否需要立即纠正和调整。
虽然大多数粉末涂料规格都给出了固化厚度目标，但在固化和交联最终完成之前，有可能确定应用的粉末是否符合厚度规格。
想要准确预测固化DFT是有充分理由的，特别是在移动的生产线上。根据烘箱的长度、正在固化的部件数量、以及固化过程和固化后手动测量DFT所需的时间，在操作人员能够干预应用过程以进行任何必要的改变之前，会有相当长的延迟。
如果发现涂层缺陷，相当数量的涂层部件必须在维修循环中返工，或者如果返工被证明过于昂贵，甚至可能不得不报废。对于一些操作来说，这些缺点对于满足现代精加工的要求来说已经无法接受。
在预固化、预胶化状态下测量粉末可以确保正确的固化膜厚度。它使应用系统能够在固化前进行设置和微调。反过来，这将减少废品和过度喷洒的数量。准确的预测有助于避免剥离和重涂，这可能会导致附着力和涂层完整性方面的问题。
ASTM D 7378描述了三种测量涂抹粉末的程序。
金属缺口量具。这些工具在用手拖动涂抹的粉末时手动确定厚度。与湿膜测量仪的工作原理类似，该设备确定的粉末高度是在做出标记并有粉末附着的最高编号的齿和没有留下标记且没有粉末附着的次高齿之间。这些简单的工具（图6）价格低廉，但精确度仅在几密耳之内。可以在一个合适的刚性表面上进行测量，但是会在粉末中留下痕迹，当粉末在固化过程中流动时，这些痕迹可能不会被覆盖。
电子量具。使用特殊设计的粉末探针的设备可以测量应用粉末的厚度。集成在探针中的微针可以将涂层粉末渗透到基材中。然后手动将探针压到粉末的表面，以实现厚度测量。这个过程只适用于平坦的金属基材，并可能在最终产品中留下痕迹。
上述两个程序的结果只是对未固化的涂层粉末进行高度测量。但如前所述，厚度规格通常是以固化的粉末厚度来表示的。由于涂料粉末在固化过程中通常会减少50%的厚度，这两个程序需要一个既定的减少系数来预测每个特定涂料粉末的固化膜厚度。这个折减系数是通过在测量未固化粉末高度的同一位置测量固化粉末厚度，然后减去前后的测量值得到的。
非接触式超声测量仪。ASTM D 7378的程序C描述了一种相对较新的仪器，它已迅速成为干粉厚度测量的流行解决方案。这是一种超声波设备，可以无损地用于未固化的粉末，以预测最终的DFT，而不会留下影响表面的痕迹。
这些仪器是手持式的，用电池供电，开箱即用，适用于大多数粉剂。其操作简单，符合人体工程学的设计使其能够被生产线上的操作员快速有效地使用。
非接触式涂层厚度测量仪器具有非破坏性的决定性优势。这意味着，在测量之后，被测量的部件可以重新投入到正在进行的过程中。
尽管这些仪器的操作很简单，但谨慎的用户应该定期验证其操作，特别是在符合ISO内部程序的情况下。三个步骤可以确保最佳的准确性。
涂层测厚仪的校准通常是由设备制造商在受控环境下进行的记录过程。可以出具一份显示可追溯至国家计量机构的校准证书。没有standard 重新校准的时间间隔，也没有绝对的要求，但可以根据经验和工作环境来确定校准间隔。1年的校准间隔是许多仪器制造商建议的一个典型频率。
这是由用户用已知的参考标准进行的准确性检查。这种快速检查可以确保仪器的测量是正确的，用户的操作是正确的。对于许多量具，可以通过测量塑料垫片或环氧树脂涂层的标准来验证其准确性，其指定值可追溯到国家计量机构。
调整，或称校准调整，是指将测厚仪的厚度读数与已知参考样品的读数对齐，以提高测厚仪在其测量范围的特定部分对特定涂层的准确性。在粉末涂料行业很少需要这种操作，因为不同的粉末涂料材料的声学特性差异不大。
在今天的竞争环境中，客户通常会选择那些拥有坚实的质量控制系统的涂饰公司。通过投资一个记录和分析DFT结果的简单系统，粉末涂料生产商可以研究趋势，降低成本，并通过向客户提供证明他们有能力满足所需规格的文件来保留客户。
质量保证计划可以简单到制定一个程序，要求在每个零件的相同位置进行一定数量的厚度测量。通过记录所有数值，可以定期分析变化，并在必要时采取纠正措施。
用笔和纸手动收集数据很耗时，容易出错，而且会给涂层项目增加很大的成本。一个可以储存测量结果的测厚仪可以简化这项任务。将收集读数的任务自动化是控制成本和减少人为错误的最好方法。在数字格式中，数据可以很容易地被存储、报告和导出。
电子数据的收集从电子测量仪开始，这些测量仪有板载存储器，以数字方式收集测量数据。(见图7)有些仪器甚至可以在测量过程中进行基本的分析，把工作或零件分到批量存储器中，显示实时的平均厚度结果和最小/最大限度。当厚度结果超出规格时，警报器会警告用户，以便立即采取纠正措施。
接下来，数据必须被传输到一个软件程序。虽然有些仪器可以在每次测量时将其无线传输到过程控制器或个人电脑上，但更常见的是将所有结果存储到量具存储器中，并在工作结束时或工作完成后将其下载到电脑中。下载是通过通用串行总线（USB）电缆或蓝牙无线通信完成的。
对这些数据的简单分析通常需要DFT测量仪制造商的软件。该软件安装在个人电脑（PC）上，直接与厚度测量仪进行通信。当厚度测量结果被下载后，该软件可以将数据归档到公司的硬盘上，将信息输出到质量控制或统计过程控制（SPC）系统，用于ISO或QS-9000的记录保存，或以选定的格式打印数据。(QS-9000是为汽车行业制定的质量体系要求）。
粉末喷涂商应该注意到一种新的趋势，即更简单的网络模式。市场上的量具都有内置闪存（大容量存储），并且能够将测量数据无线上传到云端，以便在世界任何地方与任何支持网络的设备进行存档和共享。
USB大容量存储已经有效地取代了各种接口，如串行和并行端口。现有的量具使用USB大容量存储设备类，它提供了一个简单的接口，以类似于USB闪存驱动器、相机或数字音频播放器的方式检索数据。
当测量仪通过USB连接时，任何计算机都可以通过浏览虚拟驱动器来查看和下载存储在测量仪内存中的测量数据（分批）。存储的读数和图表可以使用通用的PC/Mac网络浏览器或文件浏览器查看或复制。
第二个发展是云计算，这是一个泛指任何涉及通过互联网提供服务的术语。对于粉末涂料操作来说，这意味着软件、数据和处理器驻留在一个可信赖的服务提供商的服务器上。(见图8）。
云计算有许多优点，例如：。
详情见PosiSoft.net。
最近在量具技术和基于网络的应用方面取得了显著的发展。检测数据的收集变得更快、更有成本效益。免费的网络应用现在可以通过USB或蓝牙无线技术与DFT量具同步，投资额低于1,000美元。对于大大小小的粉末涂料企业来说，现在正是认真研究更新其测试仪器和质量体系的好时机。有机会利用粉末厚度测量和简单而强大的无纸化质量控制网络工具方面的进展。
DAVID BEAMISH（1955 - 2019），DeFelsko公司的前总裁，该公司是一家总部设在纽约的手持式涂层测试仪器制造商，产品销往世界各地。他拥有土木工程学位，在这些测试仪器的设计、制造和销售方面拥有超过25年的经验，涉及各种国际行业，包括工业涂装、质量检测和制造业。他主持培训研讨会，是各种组织的积极成员，包括NACE、SSPC、ASTM和ISO。
