Como visto nas edições de: Canadian Finishing & Coating Mfg. Industrial Paint & Powder Magazine; Metal Finishing - Organic Finishing Guidebook
por David Beamish, DeFelsko Corporation
Atualizado: 09/13/2021
A espessura do revestimento é uma variável importante que desempenha um papel na qualidade do produto, no controle do processo e no controle de custos. A medição da espessura do filme pode ser feita com muitos instrumentos diferentes. Entender os equipamentos disponíveis para a medição da espessura da tinta e como usá-los é útil para todas as operações de revestimento.
As questões que determinam qual método é melhor para uma determinada medição de tinta ou revestimento incluem o tipo de revestimento, o material do substrato, a faixa de espessura do revestimento, o tamanho e a forma da peça e o custo do equipamento. As técnicas de medição comumente usadas para filmes orgânicos curados incluem métodos não destrutivos de filme seco, como medição magnética, de corrente de Foucault, ultrassônica ou micrométrica, e também métodos destrutivos de filme seco, como seção transversal ou medição gravimétrica (massa). Também há métodos disponíveis para medir a espessura de tintas e revestimentos em pó antes da cura do filme.
Os medidores magnéticos de tinta são usados para medir de forma não destrutiva a espessura de um revestimento não magnético em substratos ferrosos. A maioria dos revestimentos de aço e ferro é medida dessa forma. Os medidores magnéticos usam um dos dois princípios de operação: tração magnética ou indução magnética/eletromagnética.
Os medidores magnéticos de espessura de tinta utilizam um ímã permanente, uma mola calibrada e uma escala graduada. A atração entre o ímã e o aço magnético puxa os dois juntos. À medida que a espessura do revestimento que separa os dois aumenta, fica mais fácil puxar o ímã para longe. A espessura da tinta e do revestimento é determinada pela medição dessa força de atração. Os revestimentos mais finos terão uma atração magnética mais forte, enquanto os filmes mais espessos terão uma atração magnética comparativamente menor. O teste com medidores de espessura magnéticos é sensível à rugosidade da superfície, à curvatura, à espessura do substrato e à composição da liga metálica.
Os medidores magnéticos de arrancamento são robustos, simples, baratos, portáteis e geralmente não exigem nenhum ajuste de calibração. Eles são uma alternativa boa e de baixo custo em situações em que as metas de qualidade exigem apenas algumas leituras durante a produção.
Os medidores magnéticos de espessura de tinta são geralmente modelos do tipo lápis ou com mostrador de reversão. Os modelos do tipo lápis (PosiPen mostrado na Fig. 1) usam um ímã montado em uma mola helicoidal que trabalha perpendicularmente à superfície revestida. A maioria dos medidores de espessura de revestimento do tipo lápis tem ímãs grandes e é projetada para trabalhar em apenas uma ou duas posições, o que compensa parcialmente a gravidade. Há uma versão mais precisa disponível, que possui um ímã minúsculo e preciso para medir em superfícies pequenas, quentes ou de difícil acesso. Um indicador triplo garante medições precisas quando o medidor de espessura é apontado para baixo, para cima ou horizontalmente, com uma tolerância de ±10%.
Os modelos de mostrador de reversão (PosiTest mostrado na Fig. 2) são a forma mais comum de medidor magnético de pull-off. Um ímã é fixado em uma extremidade de um braço balanceado giratório e conectado a uma mola calibrada. Ao girar o mostrador com um dedo, a mola aumenta a força sobre o ímã e o puxa da superfície. Esses medidores de espessura de tinta são fáceis de usar e têm um braço balanceado que lhes permite trabalhar em qualquer posição, independentemente da gravidade. Eles são seguros em ambientes explosivos e são comumente usados por empreiteiras de pintura e pequenas operações de revestimento em pó. A tolerância típica é de ±5%.
A DeFelsko fabrica dois medidores de espessura de tinta de arrancamento, o PosiPen e PosiTest.
Os medidores de tinta por indução magnética usam um ímã permanente como fonte do campo magnético. Um gerador de efeito Hall ou magneto-resistor é usado para detectar a densidade do fluxo magnético em um polo do ímã. Os medidores de tinta por indução eletromagnética usam um campo magnético alternado. Uma haste macia e ferromagnética enrolada em uma bobina de fio fino é usada para produzir um campo magnético. Uma segunda bobina de fio é usada para detectar alterações no fluxo magnético.
Esses medidores eletrônicos de tinta medem a alteração na densidade do fluxo magnético na superfície de uma sonda magnética à medida que ela se aproxima de uma superfície de aço. A magnitude da densidade do fluxo na superfície da sonda está diretamente relacionada à distância do substrato de aço. Ao medir a densidade do fluxo, a espessura do revestimento pode ser determinada.
Os medidores de espessura magnéticos eletrônicos (por exemplo, PosiTector 6000 F Series, PosiTest DFT Ferrous) são fornecidos em várias formas e tamanhos. Geralmente usam uma sonda de pressão constante para fornecer leituras consistentes que não são influenciadas por diferentes operadores. As leituras da espessura do milímetro de tinta são mostradas em uma tela de cristal líquido (LCD). Os medidores de milímetros de tinta podem ter opções para armazenar os resultados das medições, realizar análises instantâneas das leituras e enviar os resultados para uma impressora ou um computador para exame posterior. A tolerância típica é de ±1%.
As instruções do fabricante devem ser seguidas cuidadosamente para obter resultados mais precisos. Standard Os métodos de teste estão disponíveis nas normas ASTM D 1186, D 7091-05, ISO 2178 e ISO 2808.
As técnicas de correntes parasitas são usadas para medir de forma não destrutiva a espessura de revestimentos não condutores em substratos de metais não ferrosos. Uma bobina de fio fino que conduz uma corrente alternada de alta frequência (acima de 1 MHz) é usada para configurar um campo magnético alternado na superfície da sonda do instrumento. Quando a sonda de espessura do revestimento é aproximada de uma superfície condutora, o campo magnético alternado cria correntes parasitas na superfície. As características do substrato e a distância da sonda em relação ao substrato (a espessura do revestimento) afetam a magnitude das correntes parasitas. As correntes parasitas criam seu próprio campo eletromagnético oposto, que pode ser detectado pela bobina de excitação ou por uma segunda bobina adjacente.
Os medidores de espessura de revestimento por correntes parasitas (por exemplo, PosiTector 6000 N Series) parecem e operam como medidores magnéticos eletrônicos. Eles são usados para medir a espessura da tinta e do revestimento em todos os metais não ferrosos. Como os medidores eletrônicos magnéticos, eles geralmente usam uma sonda de pressão constante e exibem os resultados em um LCD. Eles também podem ter opções para armazenar resultados de medições ou realizar análises instantâneas de leituras e enviá-las a uma impressora ou computador para exame posterior. A tolerância típica é de ±1%. Os testes são sensíveis à rugosidade da superfície, à curvatura, à espessura do substrato, ao tipo de substrato metálico e à distância de uma borda.
Standard Os métodos para a aplicação e o desempenho desse teste estão disponíveis nas normas ASTM B244, ASTM D1400, D7091 e ISO 2360.
Atualmente, é comum que os medidores de espessura de tinta incorporem os princípios magnético e de correntes parasitas em uma única unidade (por exemplo, PosiTector 6000 FN, PosiTest DFT Combo). Alguns simplificam a tarefa de medir a maioria dos revestimentos sobre qualquer metal, alternando automaticamente de um princípio de operação para o outro, dependendo do substrato. Esses medidores combinados de milímetros de tinta são populares entre pintores e revestidores de pó.
A técnica de pulso-eco ultrassônico dos medidores ultrassônicos de espessura de tinta (por exemplo PosiTector 200) é usada para medir a espessura de revestimentos em substratos não metálicos (plástico, madeira, etc.) sem danificar o revestimento.
A sonda do medidor de tinta contém um transdutor ultrassônico que envia um pulso através do revestimento. O pulso é refletido de volta do substrato para o transdutor e é convertido em um sinal elétrico de alta frequência. A forma de onda do eco é digitalizada e analisada para determinar a espessura do revestimento. Em algumas circunstâncias, camadas individuais em um sistema de várias camadas podem ser medidas.
A tolerância típica para esse dispositivo é de ±3%. Standard métodos para a aplicação e o desempenho desse teste estão disponíveis na ASTM D6132.
Para ler mais sobre medidores ultrassônicos de espessura de tinta, consulte"Using Ultrasonic Coating Thickness Gages".
Às vezes, os micrômetros são usados para verificar a espessura do revestimento. Eles têm a vantagem de medir qualquer combinação de revestimento/substrato, mas têm a desvantagem de exigir acesso ao substrato nu. A necessidade de tocar tanto a superfície do revestimento quanto a parte inferior do substrato pode ser limitante e, muitas vezes, eles não são sensíveis o suficiente para medir revestimentos finos.
Duas medições devem ser feitas: uma com o revestimento no lugar e a outra sem. A diferença entre as duas leituras, a variação de altura, é considerada a espessura do revestimento. Em superfícies ásperas, os micrômetros medem a espessura do revestimento acima do pico mais alto.
Uma técnica destrutiva é cortar a peça revestida em uma seção transversal e medir a espessura do filme visualizando o corte microscopicamente. Outra técnica de seção transversal usa um microscópio em escala para visualizar uma incisão geométrica através do revestimento de filme seco. Uma ferramenta de corte especial é usada para fazer uma pequena e precisa ranhura em V através do revestimento e no substrato. Há medidores disponíveis que vêm completos com pontas de corte e lupa iluminada em escala.
Embora os princípios desse método destrutivo sejam fáceis de entender, há oportunidades para erros de medição. É preciso habilidade para preparar a amostra e interpretar os resultados. O ajuste da retícula de medição em uma interface irregular ou indistinta pode gerar imprecisão, principalmente entre operadores diferentes. Esse método é usado quando não é possível usar métodos baratos e não destrutivos ou como uma forma de confirmar resultados não destrutivos. A ASTM D 4138 descreve um método standard para esse sistema de medição.
Ao medir a massa e a área do revestimento, a espessura pode ser determinada. O método mais simples é pesar a peça antes e depois do revestimento. Uma vez que a massa e a área tenham sido determinadas, a espessura é calculada usando a seguinte equação:
em que T é a espessura em micrômetros, m é a massa do revestimento em miligramas, A é a área testada em centímetros quadrados e d é a densidade em gramas por centímetro cúbico.
É difícil relacionar a massa do revestimento à espessura quando o substrato é áspero ou o revestimento é irregular. Os laboratórios são mais bem equipados para lidar com esse método demorado e, muitas vezes, destrutivo.
Os medidores de espessura de película úmida ajudam a determinar a quantidade de material a ser aplicado úmido para atingir uma espessura de película seca especificada, desde que a porcentagem de sólidos por volume seja conhecida. Eles medem todos os tipos de revestimentos orgânicos úmidos, como tinta, verniz e laca em superfícies lisas planas ou curvas.
A medição da espessura da película úmida durante a aplicação identifica a necessidade de correção e ajuste imediatos pelo aplicador. A correção da película depois de seca ou quimicamente curada exige um tempo de trabalho extra dispendioso, pode levar à contaminação da película e pode introduzir problemas de adesão e integridade do sistema de revestimento.
As equações para determinar a espessura correta do filme úmido (WFT), com e sem diluente, são as seguintes:
Sem thinner:
Com thinner:
O filme úmido é mais frequentemente medido com um pente ou roda de filme úmido. O pente de película úmida é uma placa plana de alumínio, plástico ou aço inoxidável com entalhes calibrados na borda de cada face. O calibrador é colocado de forma justa e firme sobre a superfície a ser medida imediatamente após a aplicação do revestimento e, em seguida, removido. A espessura do filme úmido fica entre o entalhe revestido mais alto e o próximo entalhe não revestido. As medições do medidor de entalhe não são precisas nem sensíveis, mas são úteis para determinar a espessura aproximada da película úmida de revestimentos em artigos em que o tamanho e a forma impedem o uso de métodos mais precisos. (ASTM D1212).
O medidor deve ser usado em superfícies lisas, sem irregularidades, e deve ser usado ao longo do comprimento, e não da largura, de superfícies curvas. O uso de um medidor de película úmida em revestimentos de secagem rápida produzirá medições imprecisas. A ASTM D4414 descreve um método standard para medição da espessura de película úmida por medidores de entalhe.
Uma roda de filme úmido (rolo excêntrico) usa três discos. O medidor é rolado no filme úmido até que o disco central toque o filme úmido. Os revestimentos em pó podem ser medidos antes da cura com um pente manual simples ou um medidor ultrassônico. O pente de filme de pó não curado funciona da mesma forma que o medidor de filme úmido. O pente é arrastado pela película de pó e a espessura fica entre o dente de maior numeração que fez uma marca e tem pó aderido a ele e o próximo dente de maior numeração que não deixou marca e não tem pó aderido a ele. Esses medidores são relativamente baratos, com precisão de ±5 mm. Eles são adequados apenas como guia, pois o filme curado pode ser diferente após o fluxo. As marcas deixadas pelo medidor podem afetar as características do filme curado.
Um dispositivo ultrassônico, como o PosiTest PCpode ser usado de forma não destrutiva em pó não curado em superfícies metálicas lisas para prever a espessura do filme curado. A sonda é posicionada a uma pequena distância da superfície a ser medida e uma leitura é exibida no LCD do dispositivo. A incerteza da medição é de ±5 mm.
Os medidores de espessura de revestimento são calibrados de acordo com padrões de espessura conhecidos. Há muitas fontes de padrões de espessura, mas é melhor garantir que eles sejam rastreáveis a um instituto nacional de medição, como o NIST (National Institute of Standards & Technology). Também é importante verificar se os padrões são pelo menos quatro vezes mais precisos do que o medidor que será usado para calibrar. Uma verificação regular em relação a esses padrões verifica se o gage está funcionando corretamente. Quando as leituras não atenderem à especificação de precisão do medidor, ele deverá ser ajustado ou reparado e, em seguida, calibrado novamente.
A espessura do filme em revestimentos pode ter um grande impacto no custo e na qualidade. A medição da espessura do filme deve ser um evento de rotina para todos os revestidores. O medidor de tinta correto a ser usado depende da faixa de espessura do revestimento, da forma e do tipo de substrato, do custo do medidor de tinta e da importância de se obter uma medição precisa.
DAVID BEAMISH (1955 - 2019), ex-presidente da DeFelsko Corporation, fabricante de instrumentos portáteis de inspeção de revestimentos com sede em Nova York, vendidos em todo o mundo. Ele era formado em Engenharia Civil e tinha mais de 25 anos de experiência em projeto, fabricação e comercialização desses instrumentos de teste em diversos setores internacionais, incluindo pintura industrial, inspeção de qualidade e manufatura. Ele conduziu seminários de treinamento e foi membro ativo de várias organizações, incluindo NACE, SSPC, ASTM e ISO.
