Como se ve en los números de: Canadian Finishing & Coating Mfg. Industrial Paint & Powder Magazine; Metal Finishing - Organic Finishing Guidebook
por David Beamish, DeFelsko Corporation
Actualizado: 09/13/2021
El grosor del revestimiento es una variable importante que desempeña un papel en la calidad del producto, el control del proceso y el control de los costes. La medición del espesor de la película puede realizarse con muchos instrumentos diferentes. Comprender el equipo disponible para la medición del espesor de la pintura y cómo utilizarlo es útil para todas las operaciones de revestimiento.
Los aspectos que determinan qué método es el mejor para la medición de una pintura o un revestimiento determinado incluyen el tipo de revestimiento, el material del sustrato, el rango de grosor del revestimiento, el tamaño y la forma de la pieza y el coste del equipo. Entre las técnicas de medición más utilizadas para las películas orgánicas curadas se encuentran los métodos no destructivos de película seca, como la medición magnética, de corrientes de Foucault, ultrasónica o micrométrica, y también los métodos destructivos de película seca, como el corte transversal o la medición gravimétrica (de masa). También existen métodos para medir el grosor de la pintura y el revestimiento en polvo antes de que la película se haya curado.
Los medidores magnéticos de pintura se utilizan para medir de forma no destructiva el espesor de un revestimiento no magnético sobre sustratos ferrosos. La mayoría de los revestimientos de acero y hierro se miden de este modo. Los medidores magnéticos utilizan uno de los dos principios de funcionamiento: extracción magnética o inducción magnética/electromagnética.
Los medidores magnéticos de espesor de pintura utilizan un imán permanente, un muelle calibrado y una escala graduada. La atracción entre el imán y el acero magnético hace que ambos se junten. A medida que aumenta el grosor del revestimiento que separa a ambos, resulta más fácil alejar el imán. El grosor de la pintura y del revestimiento se determina midiendo esta fuerza de atracción. Los revestimientos más finos tendrán una atracción magnética más fuerte, mientras que las películas más gruesas tendrán una atracción magnética comparativamente menor. Las pruebas con medidores de espesor magnéticos son sensibles a la rugosidad de la superficie, la curvatura, el espesor del sustrato y la composición de la aleación metálica.
Los calibradores magnéticos son robustos, sencillos, económicos, portátiles y, por lo general, no requieren ningún ajuste de calibración. Son una buena alternativa de bajo coste en situaciones en las que los objetivos de calidad requieren sólo unas pocas lecturas durante la producción.
Los medidores magnéticos de espesor de pintura son típicamente de tipo lápiz o de dial de retroceso. Los modelos de tipo lápiz (PosiPen mostrado en la Fig. 1) utilizan un imán que está montado en un muelle helicoidal que trabaja perpendicularmente a la superficie recubierta. La mayoría de los medidores de espesor de revestimiento de tipo lápiz tienen imanes grandes y están diseñados para trabajar sólo en una o dos posiciones, lo que compensa parcialmente la gravedad. Existe una versión más precisa, que cuenta con un imán diminuto y preciso para medir en superficies pequeñas, calientes o de difícil acceso. Un indicador triple garantiza mediciones precisas cuando el medidor de espesor apunta hacia abajo, hacia arriba o en horizontal, con una tolerancia de ±10%.
Los modelos de dial de retroceso (PosiTest mostrado en la Fig. 2) son la forma más común de calibrador magnético de tiro. Un imán está unido a un extremo de un brazo equilibrado pivotante y conectado a un muelle capilar calibrado. Al girar la esfera con un dedo, el muelle aumenta la fuerza sobre el imán y lo separa de la superficie. Estos medidores de espesor de pintura son fáciles de usar y tienen un brazo equilibrado que les permite trabajar en cualquier posición, independientemente de la gravedad. Son seguros en entornos explosivos y son utilizados habitualmente por contratistas de pintura y pequeñas operaciones de recubrimiento en polvo. La tolerancia típica es de ±5%.
DeFelsko fabrica 2 medidores de espesor de pintura de extracción, el PosiPen y PosiTest.
Los medidores de pintura por inducción magnética utilizan un imán permanente como fuente del campo magnético. Se utiliza un generador de efecto Hall o una magnetorresistencia para detectar la densidad de flujo magnético en un polo del imán. Los medidores de pintura por inducción electromagnética utilizan un campo magnético alterno. Se utiliza una varilla ferromagnética blanda enrollada con una bobina de alambre fino para producir un campo magnético. Una segunda bobina de alambre se utiliza para detectar los cambios en el flujo magnético.
Estos medidores electrónicos de pintura miden el cambio en la densidad de flujo magnético en la superficie de una sonda magnética cuando se acerca a una superficie de acero. La magnitud de la densidad de flujo en la superficie de la sonda está directamente relacionada con la distancia al sustrato de acero. Midiendo la densidad de flujo se puede determinar el espesor del revestimiento.
Los medidores de espesor magnéticos electrónicos (por ejemplo, PosiTector 6000 Serie F, PosiTest DFT Ferrous) vienen en muchas formas y tamaños. Suelen utilizar una sonda de presión constante para proporcionar lecturas consistentes que no se ven influenciadas por diferentes operadores. Las lecturas del espesor de la pintura se muestran en una pantalla de cristal líquido (LCD). Los medidores de milésimas de pintura pueden tener opciones para almacenar los resultados de las mediciones, realizar un análisis instantáneo de las lecturas y enviar los resultados a una impresora o a un ordenador para su examen posterior. La tolerancia típica es de ±1%.
Se deben seguir cuidadosamente las instrucciones del fabricante para obtener resultados más precisos. Standard los métodos de prueba están disponibles en ASTM D 1186, D 7091-05, ISO 2178 e ISO 2808.
Las técnicas de corrientes de Foucault se utilizan para medir de forma no destructiva el espesor de los revestimientos no conductores sobre sustratos metálicos no ferrosos. Se utiliza una bobina de hilo fino que conduce una corriente alterna de alta frecuencia (superior a 1 MHz) para establecer un campo magnético alterno en la superficie de la sonda del instrumento. Cuando la sonda de espesor del revestimiento se acerca a una superficie conductora, el campo magnético alterno creará corrientes de Foucault en la superficie. Las características del sustrato y la distancia de la sonda al sustrato (el grosor del revestimiento) afectan a la magnitud de las corrientes de Foucault. Las corrientes de Foucault crean su propio campo electromagnético opuesto que puede ser detectado por la bobina excitadora o por una segunda bobina adyacente.
Los medidores de espesor de revestimiento por corrientes de Foucault (por ejemplo, PosiTector 6000 Serie N) tienen el mismo aspecto y funcionamiento que los medidores magnéticos electrónicos. Se utilizan para medir el espesor de la pintura y el revestimiento de todos los metales no ferrosos. Al igual que los medidores electrónicos magnéticos, suelen utilizar una sonda de presión constante y muestran los resultados en una pantalla LCD. También pueden tener opciones para almacenar los resultados de las mediciones o realizar un análisis instantáneo de las lecturas y enviarlas a una impresora o a un ordenador para su examen posterior. La tolerancia típica es de ±1%. Las pruebas son sensibles a la rugosidad de la superficie, la curvatura, el grosor del sustrato, el tipo de sustrato metálico y la distancia a un borde.
Standard métodos para la aplicación y realización de esta prueba están disponibles en ASTM B244, ASTM D1400, D7091 e ISO 2360.
En la actualidad, es habitual que los medidores de espesor de pintura incorporen los principios magnético y de corrientes de Foucault en una sola unidad (por ejemplo, PosiTector 6000 FN, PosiTest DFT Combo). Algunos simplifican la tarea de medir la mayoría de los revestimientos sobre cualquier metal al cambiar automáticamente de un principio de funcionamiento a otro, en función del sustrato. Estos medidores combinados de milésimas de pintura son muy populares entre los pintores y los recubridores de polvo.
La técnica de pulso-eco de los medidores de espesor de pintura por ultrasonidos (por ejemplo PosiTector 200) se utiliza para medir el espesor de los revestimientos sobre sustratos no metálicos (plástico, madera, etc.) sin dañar el revestimiento.
La sonda del medidor de pintura contiene un transductor ultrasónico que envía un pulso a través del revestimiento. El pulso se refleja desde el sustrato hasta el transductor y se convierte en una señal eléctrica de alta frecuencia. La forma de onda del eco se digitaliza y analiza para determinar el espesor del revestimiento. En algunas circunstancias, se pueden medir las capas individuales de un sistema multicapa.
La tolerancia típica de este dispositivo es de ±3%. Standard los métodos para la aplicación y realización de esta prueba están disponibles en la norma ASTM D6132.
Para más información sobre los medidores de espesor de pintura por ultrasonidos, consulte"Uso de medidores de espesor de revestimiento por ultrasonidos".
A veces se utilizan micrómetros para comprobar el grosor del revestimiento. Tienen la ventaja de poder medir cualquier combinación de revestimiento/sustrato, pero el inconveniente de tener que acceder al sustrato desnudo. El requisito de tocar tanto la superficie del revestimiento como la parte inferior del sustrato puede ser limitante y a menudo no son lo suficientemente sensibles para medir revestimientos finos.
Deben realizarse dos mediciones: una con el revestimiento colocado y otra sin él. La diferencia entre las dos lecturas, la variación de altura, se considera el espesor del revestimiento. En superficies rugosas, los micrómetros miden el grosor del revestimiento por encima del pico más alto.
Una técnica destructiva consiste en cortar la pieza revestida en una sección transversal y medir el grosor de la película observando el corte al microscopio. Otra técnica de corte transversal utiliza un microscopio a escala para ver una incisión geométrica a través del revestimiento de película seca. Se utiliza una herramienta de corte especial para hacer una pequeña y precisa ranura en V a través del revestimiento y en el sustrato. Existen calibradores con puntas de corte y lupa iluminada.
Aunque los principios de este método destructivo son fáciles de entender, existen posibilidades de error en la medición. Se necesita habilidad para preparar la muestra e interpretar los resultados. El ajuste de la retícula de medición a una interfaz irregular o indistinta puede crear imprecisiones, especialmente entre distintos operadores. Este método se utiliza cuando no son posibles los métodos no destructivos de bajo coste, o como forma de confirmar los resultados no destructivos. La norma ASTM D 4138 describe un método standard para este sistema de medición.
Midiendo la masa y el área del revestimiento, se puede determinar el espesor. El método más sencillo es pesar la pieza antes y después del revestimiento. Una vez determinada la masa y el área, se calcula el espesor mediante la siguiente ecuación:
donde T es el grosor en micrómetros, m es la masa del recubrimiento en miligramos, A es el área probada en centímetros cuadrados y d es la densidad en gramos por centímetro cúbico.
Es difícil relacionar la masa del revestimiento con el espesor cuando el sustrato es rugoso o el revestimiento es irregular. Los laboratorios están mejor equipados para manejar este método, que requiere mucho tiempo y suele ser destructivo.
Los medidores de espesor de película húmeda ayudan a determinar la cantidad de material que debe aplicarse en húmedo para lograr un espesor de película seca especificado, siempre que se conozca el porcentaje de sólidos por volumen. Miden todo tipo de revestimientos orgánicos húmedos, como pintura, barniz y laca, sobre superficies lisas planas o curvas.
La medición del espesor de la película húmeda durante la aplicación identifica la necesidad de corrección y ajuste inmediato por parte del aplicador. La corrección de la película después de que se haya secado o curado químicamente requiere un costoso tiempo de trabajo adicional, puede dar lugar a la contaminación de la película y puede introducir problemas de adhesión e integridad del sistema de revestimiento.
Las ecuaciones para determinar el espesor correcto de la película húmeda (WFT), tanto con como sin diluyente, son las siguientes:
Sin diluyente:
Con diluyente:
La película húmeda se suele medir con un peine o rueda de película húmeda. El peine de película húmeda es una placa plana de aluminio, plástico o acero inoxidable con muescas calibradas en el borde de cada cara. El calibrador se coloca en ángulo recto y con firmeza sobre la superficie que se va a medir inmediatamente después de la aplicación del revestimiento y luego se retira. El espesor de la película húmeda se encuentra entre la muesca más alta del recubrimiento y la siguiente muesca sin recubrir. Las mediciones de los calibradores con muescas no son precisas ni sensibles, pero son útiles para determinar el espesor aproximado de la película húmeda de los revestimientos en artículos cuyo tamaño y forma impiden el uso de métodos más precisos. (ASTM D1212).
El medidor debe utilizarse en superficies lisas, sin irregularidades, y debe utilizarse a lo largo, no a lo ancho, de las superficies curvas. El uso de un medidor de película húmeda en revestimientos de secado rápido dará lugar a mediciones inexactas. La norma ASTM D4414 describe un método standard para la medición del espesor de la película húmeda mediante calibradores de muescas.
Una rueda de película húmeda (rodillo excéntrico) utiliza tres discos. El medidor se hace rodar en la película húmeda hasta que el disco central toca la película húmeda. El punto en el que hace contacto proporciona el espesor de la película húmeda.Los recubrimientos en polvo pueden medirse antes del curado con un simple peine manual o un medidor ultrasónico. El peine de película de polvo sin curar funciona de forma muy parecida al medidor de película húmeda. El peine se arrastra a través de la película de polvo y el grosor se encuentra entre el diente más alto que hizo una marca y tiene polvo adherido a él, y el siguiente diente más alto que no dejó ninguna marca y no tiene polvo adherido a él. Estos medidores son relativamente baratos y tienen una precisión de ±5 mm. Sólo son adecuados como guía, ya que la película curada puede ser diferente después del flujo. Las marcas dejadas por el calibrador pueden afectar a las características de la película curada.
Un dispositivo ultrasónico, como el PosiTest PCpuede utilizarse de forma no destructiva en polvo no curado sobre superficies metálicas lisas para predecir el espesor de la película curada. La sonda se coloca a una corta distancia de la superficie a medir y se muestra una lectura en la pantalla LCD del dispositivo. La incertidumbre de la medición es de ±5mm.
Los medidores de espesor de revestimiento se calibran con estándares de espesor conocidos. Hay muchas fuentes de estándares de espesor, pero lo mejor es asegurarse de que son trazables a un instituto nacional de medición como el NIST (National Institute of Standards & Technology). También es importante verificar que los estándares son al menos cuatro veces más precisos que el medidor que se utilizará para calibrar. Una comprobación periódica con respecto a estos estándares verifica que el calibrador funciona correctamente. Cuando las lecturas no cumplen la especificación de precisión del medidor, éste debe ajustarse o repararse y volver a calibrarse.
El espesor de la película en los revestimientos puede tener un gran impacto en el coste y la calidad. La medición del espesor de la película debería ser una rutina para todos los recubridores. El medidor de pintura adecuado depende del rango de espesor del revestimiento, la forma y el tipo de sustrato, el coste del medidor de pintura y la importancia de obtener una medición precisa.
DAVID BEAMISH (1955 - 2019), ex presidente de DeFelsko Corporation, un fabricante de instrumentos manuales de inspección de revestimientos con sede en Nueva York que se vende en todo el mundo. Era licenciado en Ingeniería Civil y contaba con más de 25 años de experiencia en el diseño, la fabricación y la comercialización de estos instrumentos de prueba en una variedad de industrias internacionales, incluyendo la pintura industrial, la inspección de calidad y la fabricación. Dirigió seminarios de formación y fue miembro activo de varias organizaciones, como NACE, SSPC, ASTM e ISO.
