江珍雅

（臺(tái)州市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢測(cè)研究院，浙江 臺(tái)州 318000）

熱浸鍍鋅產(chǎn)品的鍍層質(zhì)量指標(biāo)主要有3 項(xiàng)[1]：外觀、鍍層厚度和附著力。外觀質(zhì)量通過目測(cè)判定，而附著力一般不進(jìn)行檢測(cè)，有需要可以經(jīng)過協(xié)商，通過劃十字的試驗(yàn)方法、錘擊法、銼刀法等來判定，只有鍍層厚度需要經(jīng)過檢定或校準(zhǔn)的設(shè)備來檢測(cè)。熱浸鍍 鋅層厚度測(cè)量方法[2]有非破壞法和破壞法，在無損檢測(cè)中又分磁性法、X 射線光譜法和β 射線反向散射法，其中磁性法以其簡(jiǎn)單快速，在實(shí)際檢測(cè)中被大量采用。

磁性法[3]是測(cè)量磁體與基體金屬之間受覆蓋層影響的磁引力變化，或測(cè)量通過覆蓋層和基體金屬間磁通路的磁阻而得到鍍層的厚度值。由于受人員、設(shè)備、環(huán)境，以及樣品的表面曲率、表面清潔度、表面粗糙度、基體金屬的厚度和覆蓋層狀況等因素的影響，磁性法測(cè)量樣品鍍層的厚度值會(huì)出現(xiàn)不確定度。測(cè)量不確定度[4]是表征合理地賦予被測(cè)量之值的分散性與測(cè)量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)。由于測(cè)量誤差的存在，在實(shí)際的檢測(cè)過程中，無法獲得真值，而測(cè)量不確定度是測(cè)量結(jié)果質(zhì)量的指標(biāo)，測(cè)量不確定度越小，說明測(cè)量結(jié)果與被測(cè)量值越接近，測(cè)量質(zhì)量越高。

采用磁性法測(cè)量獲得的鍍層厚度值是不是準(zhǔn)確？鍍層產(chǎn)品厚度值合格與否如何判定？怎樣才能快速地選擇優(yōu)質(zhì)的熱浸鍍鋅產(chǎn)品？這些都是在實(shí)際操作中必須面對(duì)的問題。因此，有必要對(duì)熱浸鍍鋅產(chǎn)品鍍層厚度的測(cè)量和結(jié)果評(píng)定進(jìn)行探討。

1 鍍層厚度質(zhì)量判定規(guī)則

用鍍層厚度算術(shù)平均值法來評(píng)價(jià)產(chǎn)品質(zhì)量合格與否，存在一定的缺陷，因?yàn)殄冧\產(chǎn)品的防腐蝕性能與鋅層的厚度成正比，防腐失效理論上首先發(fā)生于鋅層最薄區(qū)，當(dāng)試樣的鍍層厚度不均，厚度值起伏較大，以算術(shù)平均值法判定產(chǎn)品質(zhì)量所存在的問題就比較突出。對(duì)于鍍層厚度極度不均的產(chǎn)品，鍍層極薄區(qū)早于防腐設(shè)計(jì)年限出現(xiàn)開豁區(qū)，從而使產(chǎn)品防腐提前失效。以算術(shù)平均值法作為一次合格與否的判定，再進(jìn)行二次判定是有必要的。在結(jié)果判定時(shí)，必須對(duì)測(cè)量不確定度進(jìn)行考量，這樣在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)才能選擇優(yōu)質(zhì)的熱浸鍍鋅產(chǎn)品。

為了獲得鍍層厚度的測(cè)量不確定度，要對(duì)相應(yīng)的試驗(yàn)進(jìn)行測(cè)量不確定度評(píng)估，而測(cè)量不確定度的評(píng)估一般包括以下步驟：

(1) 建立數(shù)學(xué)模型。磁性法檢測(cè)鍍層厚度時(shí)，厚度值由設(shè)備直接讀出，所以數(shù)學(xué)模型為y=x，x表示被測(cè)試樣的鍍層厚度值，y表示設(shè)備讀數(shù)值。

(2) 列出測(cè)量不確定度來源。測(cè)量不確定度涉及到人、機(jī)、料、法、環(huán)五大因素，為了簡(jiǎn)化計(jì)算過程，規(guī)定檢測(cè)任務(wù)由富有經(jīng)驗(yàn)的熟練人員去執(zhí)行，即標(biāo)準(zhǔn)不確定度來源主要為兩部分：一是測(cè)量重復(fù)性和樣品狀況引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(x1)，二是檢測(cè)設(shè)備最大允許誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(x2)。

(3) 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量評(píng)定。

式(1)中s(xi)為實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差，表征測(cè)量結(jié)果分散性；xi是第i次測(cè)量結(jié)果；是n次測(cè)量的算術(shù)平均值。

式(2)中，α為儀器最大允許誤差，由于測(cè)厚儀誤差的存在，x在區(qū)間[x-α,x+α]內(nèi)各處出現(xiàn)的機(jī)會(huì)相等，而在區(qū)間外不出現(xiàn)，認(rèn)為x服從均勻分布，置信概率為100%，包含因子即

(4) 計(jì)算合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

(5) 評(píng)定擴(kuò)展不確定度。

式(4)中，k為包含因子(一般取2～3)，此處k=2，則U=2u(y)。

(6) 不確定度報(bào)告。采用標(biāo)準(zhǔn)試樣時(shí)，磁性法測(cè)量磁性基體上非磁性鍍層厚度的測(cè)量不確定度一般小于厚度的10%或1.5 μm，取其中較大的值[2]。如用磁性法測(cè)量某標(biāo)準(zhǔn)試樣，實(shí)測(cè)值為20 μm，則其真值包含于(20 μm -2 μm,20 μm + 2 μm)之間的概率約為95%。具體鍍層質(zhì)量厚度質(zhì)量判定的規(guī)則詳見表1。表中為實(shí)測(cè)鍍層平均厚度，U為測(cè)量不確定度，B為相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求的鍍層平均厚度。

2 實(shí)際案例分析

測(cè)量?jī)x器：MiniTest2100 涂鍍層測(cè)厚儀，磁感應(yīng)法F05 探頭，(0～150) mm 游標(biāo)卡尺。

測(cè)量?jī)x器的最大允許誤差：±(1%讀數(shù) ± 0.7 μm)。

表1 鍍層厚度質(zhì)量判定規(guī)則Table 1 Rule for evaluating the quality of coating thickness

2.1 某熱浸鍍鋅角鋼的測(cè)量結(jié)果及分析

2.1.1 實(shí)驗(yàn)條件

測(cè)量對(duì)象：5#熱浸鍍鋅角鋼1 根，材質(zhì)為Q235B。選取2 個(gè)檢測(cè)面，每個(gè)檢測(cè)面隨機(jī)測(cè)5 點(diǎn)。

2.1.2 數(shù)據(jù)收集及處理分析

檢測(cè)時(shí)將異常數(shù)值(離群數(shù)值)直接剔除，即負(fù)值直接剔除，獲得的數(shù)據(jù)(單位均為μm)為：88.8，76.1，75.1，44.9，74.5，60.4，98.0，88.7，50.9，51.2。

相關(guān)計(jì)算結(jié)果如下：

最小值xmin=44.9μm ；

最大值xmax=98.0μm ；

平均值=70.86μm；

標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u(x1)=18.268 μm ；

合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(y)=18.294μm ；

擴(kuò)展不確定度U=36.59μm ，k=2。

不確定度報(bào)告(鍍層厚度值)：70.86 μm ± 36.59 μm，k=2。

在不確定度結(jié)果報(bào)告中，有效位是小數(shù)點(diǎn)后1 位，但是為了避免計(jì)算過程的舍入引入誤差，此處保留小數(shù)點(diǎn)后2 位，因此最終報(bào)告可以是“70.9 μm ± 36.6 μm，k=2”。另外，平均值修約采用四舍五入、奇進(jìn)偶不進(jìn)的規(guī)則，不確定度的修約則只進(jìn)不舍。

2.1.3 結(jié)果判定

鍍層厚度合格與否的判定還涉及到鍍層局部厚度和鍍層平均厚度這兩個(gè)概念[1]。鍍層局部厚度是指，在某一基本測(cè)量面按規(guī)定次數(shù)用磁性法所測(cè)得的鍍層厚度的算術(shù)平均值或用稱量法進(jìn)行一次測(cè)量所測(cè)得的鍍層鍍覆量的厚度換算值。鍍層平均厚度是指，對(duì)某一大件(大件是指主要表面積大于2 m2的制件)或某一批鍍鋅件抽樣后測(cè)得鍍層局部厚度的算術(shù)平均值。

結(jié)果判定時(shí)，要確定產(chǎn)品是否經(jīng)過離心處理。經(jīng)過離心處理的鋅層比未經(jīng)離心處理的鋅層致密，相應(yīng)的厚度標(biāo)準(zhǔn)也不同。當(dāng)供應(yīng)商無法提供有效材料，證明其產(chǎn)品是經(jīng)過離心處理時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)依據(jù)未經(jīng)離心處理的要求判定。本次檢測(cè)的對(duì)象是5#熱浸鍍鋅角鋼，由于供應(yīng)商未提供有效的證明材料，因此檢測(cè)按未經(jīng)離心處理的要求判定。而實(shí)際檢測(cè)中，大尺寸的構(gòu)件進(jìn)行離心處理的可能性也不大。表2列出本次測(cè)試相關(guān)的鍍層厚度國標(biāo)要求。由表2可知，鍍層平均厚度遠(yuǎn)大于鍍層局部厚度。本例中，直接采用鍍層平均厚度進(jìn)行結(jié)果判定。

表2 鍍層厚度的要求[1]Table 2 Requirement of coating thickness

一次判定：70.86 μm ＞ 70 μm，即x＞B，合格。

二次判定：70.86 μm -36.59 μm ＜ 70 μm，即-U＜B，不合格。

綜合判定：不合格。

2.2 某熱鍍鋅板的測(cè)量結(jié)果及分析

2.2.1 實(shí)驗(yàn)條件

測(cè)量對(duì)象：1.2 mm × 1 000 mm × 1 000 mm 的普通鋅花熱鍍鋅板1 張，鍍層等厚，公稱鍍層質(zhì)量為80 g/m2。選取上下2 個(gè)檢測(cè)面(以A、B 表示)，每個(gè)檢測(cè)面隨機(jī)測(cè)10 點(diǎn)。

2.2.2 數(shù)據(jù)收集及處理分析

檢測(cè)時(shí)將異常數(shù)值(離群數(shù)值)直接剔除，即負(fù)值直接剔除，獲得的數(shù)據(jù)(單位均為μm)如下。

A 面：7.0,7.2,7.1,6.9,6.8,7.4,7.2,6.9,6.9,7.2。

B 面：7.1,6.9,7.2,7.2,7.1,7.2,7.1,7.2,7.1,7.2。

相關(guān)計(jì)算如下：

最小值xmin=6.8 μm ；

最大值xmax=7.4 μm ；

平均值=7.095 μ m；

標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u(x1)=0.150μm；

合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(y)=0.471 μm ；

擴(kuò)展不確定度U=0.942μm ，k=2。

不確定度報(bào)告(鍍層厚度值)：7.095 μm ± 0.942 μm，k=2。

同樣地，最終的不確定度結(jié)果報(bào)告也可以是“7.1 μm ± 1.0 μm，k=2”。

2.2.3 結(jié)果判定

純鋅密度[1]為7.2 g/cm3，將試樣公稱鍍層質(zhì)量換算成厚度就是單面公稱厚度：

一次判定：7.095 μm ＞ 5.556 μm，即＞B，合格。

二次判定：7.095 μm -0.942 μm ＞ 5.556 μm，即-U＞B，合格。

綜合判定：合格。

3 結(jié)論

以磁性法測(cè)熱浸鍍鋅產(chǎn)品的鍍層厚度，方法簡(jiǎn)單快速，適合現(xiàn)場(chǎng)操作。用磁性法獲得的鍍層厚度算術(shù)平均值來判定鍍鋅產(chǎn)品的鍍層質(zhì)量存在一定缺陷，其評(píng)定的“合格”產(chǎn)品有過早失效的風(fēng)險(xiǎn)，所以對(duì)鍍層厚度算術(shù)平均值進(jìn)行合格與否的判定后，需要引入不確定度進(jìn)行再次判定。磁性法測(cè)量熱浸鍍鋅產(chǎn)品的不確定度主要來源于被測(cè)試樣與測(cè)量重復(fù)性，以及測(cè)量設(shè)備的最大允許誤差。只有操作熟練的檢測(cè)人員進(jìn)行檢測(cè)，被測(cè)試樣厚度均勻，測(cè)量重復(fù)性好，以及設(shè)備精度高，才能將測(cè)量不確定度限定在較小值，才能挑選出優(yōu)質(zhì)的熱浸鍍鋅產(chǎn)品。

[1]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB/T 13912-2002 金屬覆蓋層 鋼鐵制件熱浸鍍鋅層技術(shù)要求及試驗(yàn)方法[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2002.

[2]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局,中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T 6463-2005 金屬和其他無機(jī)覆蓋層 厚度測(cè)量方法評(píng)述[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2005.

[3]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB/T 4956-2003 磁性基體上非磁性覆蓋層 覆蓋層厚度測(cè)量 磁性法[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2003.

[4]國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.JJF 1059-1999 測(cè)量不確定度評(píng)定與表示[S].北京:中國計(jì)量出版社,1999.