Este artículo describe las tecnologías disponibles para medir el espesor de los polvos de recubrimiento curados y no curados. Revisa los principios de funcionamiento y los métodos de ensayo y normas industriales asociados, y analiza las tendencias recientes en el control de calidad (QA) sin papel.
La medición del espesor de la película debería ser una rutina para todos los recubridores de polvo (Figura 1). Las mediciones periódicas ayudan a controlar el costo del material, a gestionar la eficacia de la aplicación y a mantener la calidad del acabado. Los fabricantes de recubrimientos en polvo recomiendan rangos de espesores de película objetivo para lograr las mejores características de rendimiento y los clientes esperan que se cumplan estos parámetros.
El espesor de la película de polvo puede medirse antes y después del curado con varios instrumentos diferentes. En la figura 2 se muestra un ejemplo de uno de ellos. Toda operación de recubrimiento en polvo debe saber de qué equipos dispone y cómo utilizarlos.
El grosor de la película es posiblemente la medida más importante que se realiza durante la aplicación e inspección de los recubrimientos de protección. Los recubrimientos en polvo están diseñados para realizar su función cuando se aplican dentro de un rango de espesor especificado por el fabricante. Muchas propiedades físicas y de apariencia del recubrimiento terminado se ven directamente afectadas por el espesor de la película seca (DFT). El DFT puede afectar al color, el brillo, el perfil de la superficie, la adhesión, la flexibilidad, la resistencia al impacto y la dureza del revestimiento. El ajuste de las piezas ensambladas después del revestimiento también puede verse afectado cuando el espesor de la película no está dentro de la tolerancia.
La medición precisa del grosor del acabado tiene también otras ventajas. Ya sea para cumplir los requisitos de control de procesos de la Organización Internacional de Normalización (ISO), de calidad o de los clientes, las empresas necesitan verificar la calidad del revestimiento para evitar el desperdicio de dinero en la reelaboración del producto. Al comprobar su equipo de aplicación, se aseguran de que el revestimiento se aplica de acuerdo con las recomendaciones del fabricante.
Los aplicadores deben aplicar el polvo de manera uniforme (Figura 3) y de acuerdo con la hoja de especificaciones del producto. Aplicar una DFT excesiva no sólo es un despilfarro, sino que también se corre el riesgo de que el curado sea incompleto y puede reducir drásticamente el rendimiento general del sistema de recubrimiento. Las altas acumulaciones de película suelen dar lugar a una mala adherencia. El revestimiento tiende a despegarse o astillarse del sustrato. Las pruebas periódicas pueden reducir el número de reprocesamientos internos y las devoluciones de los clientes por defectos de acabado.
Las mediciones del grosor del recubrimiento en polvo pueden realizarse utilizando diferentes métodos, dependiendo de si la prueba se realiza antes o después del curado del polvo. La Sociedad Americana de Pruebas y Materiales (ASTM) tiene una serie de normas que describen estas técnicas.
Las mediciones del espesor de la película pueden realizarse antes o después del curado y la reticulación. El tipo de sustrato, la gama de espesores del revestimiento, el tamaño y la forma de la pieza y la economía del trabajo determinan el método empleado.
En los polvos aplicados sin curar, la medición de la altura puede realizarse con peines de polvo y con calibradores electrónicos (figura 4) que emplean sondas de polvo especiales. Dado que los polvos de recubrimiento generalmente disminuyen su espesor durante el proceso de curado, es necesario determinar un factor de reducción para predecir la DFT curada. Como alternativa, los instrumentos de ultrasonidos miden el polvo no curado sin tocar la superficie y predicen automáticamente el espesor curado del polvo.
Tras el curado, se dispone de una variedad de herramientas manuales para realizar mediciones directas de DFT en la pieza revestida. Estos instrumentos no destructivos emplean principios magnéticos, de corrientes de Foucault o ultrasónicos, dependiendo del sustrato. Entre los métodos menos comunes se encuentran la medición micrométrica, los métodos destructivos de película seca, como el corte transversal, y la medición gravimétrica (masa).
La unidad normal estándar utilizada en América para medir el espesor del polvo es el mil; 1,0 mil equivale a una milésima de pulgada (1/1000 de pulgada). Si el espesor especificado por el fabricante es de 2,0 a 5,0 mils, el espesor final curado del polvo debe estar entre 0,002 y 0,005 de pulgada. La unidad métrica de medida se denomina micra (μm); 25,4 micras equivalen a 1,0 mil.
Los aplicadores deben aplicar el polvo de manera uniforme y de acuerdo con la hoja de especificaciones del producto. Esto proporciona el máximo beneficio de esa especificación de polvo en particular. La mayoría de las especificaciones de pruebas de espesor se aplican al espesor curado del polvo, por lo que nuestra mirada a las diferentes técnicas de medición de espesor comienza ahí.
Los micrómetros fueron una de las herramientas originales utilizadas para comprobar la DFT y siguen teniendo una aplicación práctica en la actualidad. Tienen la ventaja de poder medir cualquier combinación de revestimiento/sustrato, pero la desventaja de tener que acceder al sustrato desnudo. Deben realizarse dos mediciones: una con el revestimiento colocado y otra sin él. La diferencia entre las dos lecturas, la variación de altura, es el espesor del revestimiento.
También existen dos técnicas destructivas. Una consiste en cortar la pieza revestida en una sección transversal y medir el grosor de la película observando el corte al microscopio. La otra técnica utiliza un microscopio a escala para ver una incisión geométrica a través del revestimiento curado. Este método se utiliza cuando no es posible utilizar métodos no destructivos de bajo costo o cuando es necesario confirmar los resultados no destructivos.
La forma más común de medir el espesor del polvo curado es con el uso de medidores electrónicos de DFT. Son portátiles, fáciles de manejar y de costo relativamente bajo. Emplean principios magnéticos, de corrientes de Foucault o ultrasónicos, según el material de la pieza.
Los calibres mecánicos pueden utilizarse cuando la pieza es de acero. Emplean un imán permanente y un muelle calibrado. El dispositivo mide la fuerza necesaria para arrancar ese imán de la superficie de acero recubierta. Los medidores magnéticos de tracción son robustos, sencillos, baratos, portátiles y no suelen requerir ningún ajuste de calibración. Son una buena alternativa de bajo costo en situaciones que requieren sólo unas pocas lecturas durante la producción.
Por razones de simplicidad, versatilidad, precisión y mantenimiento de registros, los instrumentos electrónicos de DFT son una opción popular para las operaciones de polvo grandes y pequeñas. Utilizan un principio magnético cuando miden en el acero y un principio de corriente de Foucault en los demás metales, a veces combinados en un solo instrumento. Los resultados de las mediciones se muestran en una pantalla de cristal líquido (LCD) de fácil lectura. Existe una amplia selección de sondas para acceder a formas de piezas poco habituales o para medir con precisión sistemas de recubrimiento muy finos o muy gruesos.
Las aplicaciones no metálicas, como el plástico revestido o la madera, requieren una técnica de pulso-eco por ultrasonidos (figura 5). Esto ofrece oportunidades a las industrias que antes no podían realizar un control de calidad no destructivo a un precio asequible. Una ventaja de esta técnica de medición es la posibilidad de medir las capas individuales en un sistema de revestimiento multicapa.
Los métodos de medición discutidos hasta ahora se han utilizado en una pieza después de que el polvo se haya curado. También es posible, y en algunas circunstancias más deseable, medir un revestimiento inmediatamente después de su aplicación para predecir el espesor del polvo curado.
Si un revestimiento se ha aplicado de forma incorrecta, la corrección después de que se haya secado o curado químicamente requiere un costoso tiempo de trabajo adicional, puede provocar la contaminación de la película y puede introducir problemas de adhesión e integridad del sistema de revestimiento. La medición del grosor de la película durante la aplicación puede determinar la necesidad de corrección y ajuste inmediatos por parte del aplicador.
Aunque la mayoría de las especificaciones de los recubrimientos en polvo dan objetivos de grosor de curado, es posible determinar si el polvo aplicado está dentro de las especificaciones de grosor antes de la finalización del curado y la reticulación.
Hay buenas razones para querer una predicción precisa de la DFT curada, especialmente en las líneas en movimiento. Dependiendo de la longitud del horno, del número de piezas que se estén curando, así como del tiempo necesario para el proceso de curado y para la medición manual del DFT después del curado, existe un retraso considerable antes de que el operario pueda intervenir en el proceso de aplicación para realizar los cambios necesarios.
Si se descubren defectos en el revestimiento, un número considerable de piezas revestidas tiene que volver a trabajarse en un bucle de reparación, o si el repaso resulta demasiado caro, puede incluso tener que desecharse. Para algunas operaciones, estas desventajas ya no son aceptables para satisfacer las exigencias de los procesos de acabado modernos.
La medición del polvo en el estado precurado y pregelificado garantiza el espesor correcto de la película curada. Permite configurar y ajustar el sistema de aplicación antes del curado. A su vez, esto reducirá la cantidad de desechos y el exceso de pulverización. Las predicciones precisas ayudan a evitar el decapado y el repintado, que pueden causar problemas de adhesión e integridad del revestimiento.
La norma ASTM D 7378 describe tres procedimientos para medir los polvos de recubrimiento aplicados.
Medidores con muescas metálicas. Estas herramientas determinan manualmente el espesor cuando se arrastran a mano a través del polvo aplicado. Al igual que un medidor de película húmeda, el dispositivo determina la altura del polvo 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. Estas sencillas herramientas (figura 6) son baratas, pero sólo tienen una precisión de unos pocos milímetros. Las mediciones pueden realizarse sobre una superficie rígida adecuada, pero se harán marcas en el polvo que pueden no quedar cubiertas cuando el polvo fluya en el proceso de curado.
Medidores electrónicos. Los dispositivos que utilizan una sonda de polvo especialmente diseñada pueden medir el espesor del polvo aplicado. Las micropúas, integradas en la sonda, penetran en el polvo de recubrimiento hasta el sustrato. A continuación, la sonda se presiona manualmente sobre la superficie del polvo para efectuar la medición del espesor. Este procedimiento sólo es aplicable a sustratos metálicos planos y puede dejar marcas en el producto final.
Los dos procedimientos anteriores sólo dan como resultado una medición de la altura del polvo de recubrimiento no curado. Sin embargo, como se ha dicho anteriormente, las especificaciones de espesor se indican con mayor frecuencia en el espesor del polvo curado. Dado que el espesor de los polvos de recubrimiento suele disminuir hasta un 50% durante el proceso de curado, estos dos procedimientos requieren un factor de reducción establecido para predecir el espesor de la película curada para cada polvo de recubrimiento en particular. Este factor de reducción se obtiene midiendo el espesor del polvo curado en el mismo lugar en el que se realizó la medición de la altura del polvo no curado y restando las mediciones anteriores y posteriores.
Medidores ultrasónicos sin contacto. El procedimiento C de la norma ASTM D 7378 describe un tipo de instrumento relativamente nuevo que se ha convertido rápidamente en una solución popular para la medición del espesor del polvo seco. Se trata de un dispositivo ultrasónico que puede utilizarse de forma no destructiva en polvo no curado para predecir el DFT final sin dejar marcas que afecten al acabado.
Estos instrumentos son manuales y funcionan con pilas, y se pueden utilizar directamente con la mayoría de los polvos. Su sencillez de manejo y su diseño ergonómico permiten que los operarios de la línea los utilicen de forma rápida y eficaz.
Los instrumentos de medición del grosor del revestimiento sin contacto tienen la ventaja decisiva de ser no destructivos. Esto significa que, tras la medición, los componentes medidos pueden volver a introducirse en el proceso en curso.
Por muy sencillo que sea el manejo de estos instrumentos, un usuario prudente debe verificar su funcionamiento con regularidad, especialmente cuando se ajusta a un procedimiento interno ISO. Tres pasos garantizan la mejor precisión.
La calibración de los medidores de espesor de revestimiento suele ser un proceso documentado realizado por el fabricante del equipo en un entorno controlado. Se puede emitir un certificado de calibración que muestre la trazabilidad a una institución nacional de metrología. No existe un intervalo de tiempo para la recalibración en estándar , ni es absolutamente necesario, pero se puede establecer un intervalo de calibración basado en la experiencia y el entorno de trabajo. Un intervalo de calibración de 1 año es la frecuencia típica sugerida por muchos fabricantes de instrumentos.
Se trata de una comprobación de precisión realizada por el usuario con estándares de referencia conocidos. Esta rápida comprobación asegura que el instrumento está midiendo adecuadamente y que el usuario lo está manejando correctamente. En el caso de muchos medidores, la precisión puede verificarse midiendo cuñas de plástico o patrones con revestimiento epoxi con valores asignados trazables a una Institución Nacional de Metrología.
El ajuste, o ajuste de calibración, es el acto de alinear las lecturas de espesor del medidor para que coincidan con las de una muestra de referencia conocida para mejorar la precisión del medidor en un recubrimiento específico dentro de una porción específica de su rango de medición. Esta operación rara vez es necesaria en la industria del recubrimiento en polvo porque las propiedades acústicas no varían mucho entre los materiales de recubrimiento en polvo.
En el entorno competitivo actual, los clientes suelen elegir empresas de acabado que cuentan con sólidos sistemas de control de calidad. Invirtiendo en un sistema sencillo que registre y analice los resultados de DFT, los recubridores de polvo pueden estudiar las tendencias, reducir los costos y retener a los clientes proporcionándoles documentación que demuestre su capacidad para cumplir una especificación requerida.
Un programa de control de calidad puede ser tan sencillo como desarrollar un procedimiento que exija la realización de un determinado número de mediciones de espesor en el mismo lugar de cada pieza. Al registrar todos los valores, se pueden analizar las variaciones a intervalos regulares y tomar medidas correctivas si es necesario.
La recopilación manual de datos con lápiz y papel requiere mucho tiempo y es propensa a errores, y puede añadir un costo significativo a un proyecto de revestimiento. Un medidor de espesores que almacena los resultados de las mediciones simplifica esta tarea. La automatización de la tarea de recogida de lecturas es la mejor manera de mantener los costos bajo control y de reducir los errores humanos. En formato digital, los datos pueden almacenarse, notificarse y exportarse fácilmente.
La recopilación de datos electrónicos comienza con los medidores electrónicos que disponen de memoria a bordo para recopilar los datos de medición de forma digital. (Véase la figura 7.) Algunos instrumentos pueden incluso realizar un análisis rudimentario durante la medición, separando los trabajos o las piezas en la memoria de lotes y mostrando en tiempo real los resultados de espesor medio y los límites mínimo y máximo. Las alarmas advierten al usuario cuando un resultado de espesor está fuera de las especificaciones, de modo que se puedan tomar medidas correctivas inmediatas.
A continuación, los datos deben transferirse a un programa de software. Aunque algunos instrumentos pueden transmitir de forma inalámbrica cada medición a medida que se realiza a un controlador de procesos o a un ordenador personal, es más habitual almacenar todos los resultados en la memoria del medidor y descargarlos a un PC al final del turno de trabajo o cuando se ha completado el trabajo. La descarga se realiza con un cable de bus serie universal (USB) o con comunicación inalámbrica Bluetooth.
El análisis sencillo de estos datos suele requerir un software del fabricante del medidor de DFT. El software se instala en ordenadores personales (PC) individuales y se comunica directamente con el instrumento de medición de espesores. Una vez descargados los resultados de espesor, el software puede archivar los datos en los discos duros de la empresa, exportar la información a un sistema de control de calidad o de control estadístico de procesos (SPC) para el mantenimiento de registros ISO o QS-9000, o imprimir los datos en formatos seleccionados. (QS-9000 es el sistema de requisitos de calidad desarrollado para la industria del automóvil).
Los especialistas en recubrimientos en polvo deben ser conscientes de la tendencia emergente hacia un modelo más sencillo, basado en la web. Los medidores están llegando al mercado con una memoria flash integrada (almacenamiento masivo) y la capacidad de cargar de forma inalámbrica los datos de medición en la nube para archivarlos y compartirlos con cualquier dispositivo habilitado para la web en cualquier parte del mundo.
El almacenamiento masivo USB ha sustituido eficazmente a una serie de interfaces como los puertos serie y paralelo. Existen medidores que utilizan una clase de dispositivo de almacenamiento masivo USB, que proporciona una interfaz sencilla para recuperar datos de forma similar a las unidades flash USB, las cámaras o los reproductores de audio digitales.
Cuando el medidor está conectado por USB, cualquier ordenador puede ver y descargar las mediciones almacenadas en la memoria del medidor (en lotes) navegando por una unidad virtual. Las lecturas y los gráficos almacenados pueden verse o copiarse mediante navegadores web universales para PC/Mac o exploradores de archivos.
El segundo avance es la computación en la nube, un término general para cualquier cosa que implique la prestación de servicios a través de Internet. Para una operación de recubrimiento en polvo, esto significa que el software, los datos y los procesadores residen en los servidores de un proveedor de servicios de confianza. (Véase la figura 8.)
La computación en nube tiene muchas ventajas, como las siguientes
Consulte PosiSoft.net para más detalles.
En los últimos tiempos se han producido notables avances en la tecnología de los calibradores y en las aplicaciones basadas en la web. La recogida de datos de inspección es cada vez más rápida y rentable. Las aplicaciones gratuitas basadas en la web pueden ahora sincronizarse con los medidores DFT a través de la tecnología inalámbrica USB o Bluetooth por una inversión inferior a 1.000 dólares. Es el momento oportuno para que las empresas de recubrimiento en polvo, grandes y pequeñas, se planteen seriamente la actualización de sus instrumentos de ensayo y sistemas de calidad. Existen oportunidades para aprovechar los avances tanto en la medición del espesor del polvo como en las sencillas pero potentes herramientas web de control de calidad sin papel.
DAVID BEAMISH (1955 - 2019), ex presidente de DeFelsko Corporation, un fabricante de instrumentos manuales de prueba 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.
