金屬及其他無機(jī)覆蓋層 復(fù)合鎳沉積層中各鎳鍍層厚度和層間電位差同步測試方法（STEP測試） 征求意見稿

1金屬及其他無機(jī)覆蓋層復(fù)合鎳沉積層中各鎳鍍層厚度和層間電位差同步測試方法（STEP測試）本文件規(guī)定了測量多層鎳鍍層體系中各鎳層厚度和層間電位差的方法。本文件適用于多層鎳鍍層的測量。本文件不適用于多層鎳鍍層以外的涂層或?qū)酉档臏y量。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T4955金屬覆蓋層覆蓋層厚度測量陽極溶解庫侖法（GB/T4955-2005,ISO2177,IDT）GB/T6682分析實(shí)驗(yàn)室用水規(guī)格和實(shí)驗(yàn)方法（GB/T6682-2008,ISO3696,IDT）3術(shù)語及定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。ISO和IEC在以下網(wǎng)址持續(xù)更新術(shù)語用于標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)庫：ISO在線瀏覽平臺(tái)：/obpIEC：/4測試裝置4.1測試電解池的構(gòu)造圖1是兩種用于同時(shí)測試多層鎳鍍層中各鎳鍍層厚度和層間電位差的電解池示意圖。這兩種電解池的參比電極不同。圖1a中，參比電極是一根位于電解池邊緣的涂有氯化銀的銀絲；圖1b中，參比電極是位于電解池底部涂有氯化銀的銀環(huán)。這兩種參比電極在測試結(jié)果的不確定性方面具有相同的效果，電位差和鍍層厚度（校準(zhǔn)后）的測量，與參比電極關(guān)系不大。注1：鎳鍍層厚度和層間電位差的測試過程中，使用銀環(huán)參比電極時(shí)（圖1b因?yàn)椴恍枰{(diào)整銀線，所以2a)涂氯化銀的銀絲作為參比電極的電解池b)電解液潤濕區(qū)域涂氯化銀的銀環(huán)作為參比電極的電解池4.2測試溶液的成分六水合氯化鎳（NiCl2·6H2O）氯化鈉（NaCl）硼酸（H3BO3）pH值典型測試電解池的示意圖300g/L50g/L25g/L3實(shí)驗(yàn)過程中使用的去離子水應(yīng)符合GB/T6682中的3級(jí)水的要求。電解液的pH值可采用稀釋的鹽酸或氫氧化鈉溶液進(jìn)行調(diào)整。35要求鍍鎳的測試試樣形狀不限，但應(yīng)滿足電解池可以緊密貼合在其表面的要求。測試前，試樣表面應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)赝算t和活化（例如，可采用去離子水和濃鹽酸按照1:1稀釋的鹽酸溶液）。退鉻和活化過程中，應(yīng)確保鎳鍍層不會(huì)發(fā)生明顯損傷。6試樣試驗(yàn)過程中取樣應(yīng)符合ISO2859-1和ISO2859-2要求。允許的誤差范圍可與需方協(xié)商確定。7測試精度影響因素7.1電解液每次電化學(xué)測試過程均應(yīng)使用未使用過的電解液。7.2條件對于新的或長期未使用的參比電極，使用前應(yīng)在電極表面涂覆氯化銀。試驗(yàn)前進(jìn)行的前處理應(yīng)符合實(shí)驗(yàn)裝置說明書要求。注：測試過程中，可采用與已知鍍層厚度和層間電位差的試樣進(jìn)行對7.3陰極鎳沉積在反復(fù)測試過程中，鎳會(huì)逐漸沉積在陰極（負(fù)極）表面。當(dāng)鎳沉積層達(dá)到一定厚度后，陰極表面的鎳會(huì)溶解，并以絮凝狀形式分布在電解液中，這將嚴(yán)重影響測試結(jié)果。測試前，可采用機(jī)械法或化學(xué)法（對于較厚的鎳沉積層）去掉陰極表面的鎳沉積物。7.4表面清潔度為了在整個(gè)測試過程實(shí)現(xiàn)鎳鍍層均勻的溶解，試樣表面應(yīng)無污染和氧化層（見5）。7.5測試面積和壓緊程度根據(jù)試樣的尺寸和形狀，可選用不同尺寸的墊圈。測試面積會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的不確定性；通常，測試面積越大，不確定性越小。應(yīng)使用足夠壓力將電解池壓在試樣表面，確保電解池中的電解液不會(huì)從墊圈與試樣間的縫隙處滲出。但壓力過高，會(huì)使得密封圈變形，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)面積減小，從而引發(fā)實(shí)驗(yàn)誤差。使用電解池的過程應(yīng)滿足使用說明書的要求。7.6電接觸電氣接觸表面存在污垢或發(fā)生腐蝕時(shí)會(huì)導(dǎo)致接觸電阻增加，影響測試結(jié)果的可靠性。測試過程中應(yīng)保證具有良好的電氣連接。7.7完全溶解為了獲得鎳鍍層的準(zhǔn)確厚度，應(yīng)確保多層鎳鍍層中底層鍍層完全溶解。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，移走電解池，采用視覺檢測觀察試樣表面狀態(tài)。若試樣表面無鎳層殘留物，表明鎳層已完全溶解，符合要求。48測試步驟8.1一般要求鎳鍍層可通過普通鍍液（暗鎳層或半亮鎳層）和含添加劑鍍液進(jìn)行沉積。含添加劑鍍液可在亮度、平整度、延展性、韌性、硬度、內(nèi)應(yīng)力、孔隙度、耐磨性等方面實(shí)現(xiàn)不同的性能。添加劑可改變鎳沉積層的結(jié)構(gòu)。基于不同鎳沉積層活性差異，可通過電化學(xué)測試來確定鎳沉積層的結(jié)構(gòu)和組成。STEP測試中，通過測量溶解時(shí)間來確定鍍層厚度。該鍍層厚度應(yīng)按照GB/T4955進(jìn)行計(jì)算。通過測試陽極（試樣）相對參比電極的電位，獲得不同類型鎳鍍層的溶解電位。2.對于大多數(shù)商用儀器，鎳鍍層厚度根據(jù)溶解時(shí)間自動(dòng)計(jì)算，可獲得電位（mv）與鎳鍍層厚度(μm）的關(guān)系曲8.2測試經(jīng)過適當(dāng)方法退鉻和活化處理（見第5章、7.2和7.4）的試樣安裝在電解池下方，電解池與試樣中間放置密封墊圈，并壓緊。隨后向電解池中添加電解液，適當(dāng)調(diào)整參比電極，按照電解池使用說明書要求進(jìn)行測試。測試的區(qū)域和次數(shù)應(yīng)按照與需求方約定的要求進(jìn)行。應(yīng)通過校準(zhǔn)樣品定期檢查儀器的測量精度。校準(zhǔn)試樣提供了多層鎳鍍層中各鍍層厚度和鎳層間電位差的校準(zhǔn)值。校準(zhǔn)試樣應(yīng)給出鎳鍍層總厚度（例如采用符合GB/T16921規(guī)定的X射線光譜法測量獲得）。8.3評估圖2和圖4顯示了多層鎳鍍層體系中鎳層厚度與電位的關(guān)系曲線。圖3是與圖2中測試結(jié)果相對應(yīng)的鍍層結(jié)構(gòu)示意圖。△φ34——鎳層Ⅱ和鎳層Ⅲ間的電位差；5圖2多層鎳鍍層（圖3）的電位/層厚度測試結(jié)果圖3多層鎳鍍層的示意圖6圖4多層鎳鍍層系統(tǒng)的電位/厚度關(guān)系曲線理想情況下，各鎳鍍層的溶解過程均產(chǎn)生一個(gè)恒定的電位平臺(tái)，如圖2和圖4所示曲線情況。鍍層間電位差即為曲線中各平臺(tái)的高度差值。鍍層間電位差與各鍍層的溶解程度無關(guān)。實(shí)際情況下，額外的微小波動(dòng)會(huì)使實(shí)驗(yàn)結(jié)果變得復(fù)雜。在這種情況下，電位曲線高度也會(huì)隨著鍍層溶解深度發(fā)生變化。為了獲得更為準(zhǔn)確的鍍層間電位差數(shù)據(jù)結(jié)果，應(yīng)采用以下評估方法：1.確定過渡點(diǎn)A：鎳層NiA電位曲線上升（或下降）部分與隨后的過渡區(qū)斜線部分的交點(diǎn)即為A2.獲取鎳層A的電位值φA：A點(diǎn)的鍍層厚度值減去2μm，該點(diǎn)位置記為dA，讀取該處的電位值φA，即為鎳層NiA的電位值；3.確定過渡點(diǎn)B：鎳層NiB電位曲線中斜線與隨后的上升（或下降）部分交點(diǎn)即為B點(diǎn)；4.獲取鎳層B的電位值φB：B點(diǎn)的鍍層厚度值加上2μm，該點(diǎn)位置記為dB，讀取該處的電位值φB，即為鎳層NiB的電位值。5.φAB=|φA-φB|，即為鎳層間電位差。圖2或圖4中，可采用這種方法對標(biāo)記點(diǎn)進(jìn)行定位。例如，圖2中微孔鎳(I)和亮鎳（II）之間的電位差即為標(biāo)記點(diǎn)1和標(biāo)記點(diǎn)2所示的電位之差。亮鎳（II）和半亮鎳（III）之間的電位差即為標(biāo)記點(diǎn)3和標(biāo)記點(diǎn)4所示的電位差。注：如果所涉及的Ni層厚度太低，無法進(jìn)行上述評估（向左或右偏移2μm)時(shí)，則將電位曲線的中間位置確定7NiA——鎳鍍層A；圖5具有漂移影響的鎳鍍層體系確定層間電位差的過程示意圖圖6顯示了通過鍍層溶解過程曲線的斜線部分確定鎳鍍層厚度的方法。首先讀取電位曲線斜線一半高度處的溶解深度值。兩個(gè)相鄰斜線的溶解深度值之差即為鎳鍍層的厚度。圖6中初始斜線的溶解深度值為微孔鎳(I)的厚度，斜坡2和斜坡1的溶解深度的差值為亮鎳（II）的厚度。對于最底層鎳鍍層與基底材料的過渡點(diǎn)，可通過電位曲線上出現(xiàn)的明顯波動(dòng)的點(diǎn)（標(biāo)記點(diǎn)3）確定。如果基底材料是銅合金，電位曲線會(huì)出現(xiàn)輕微的上升。如果基底材料是鋼，電位曲線會(huì)出現(xiàn)輕微的下降。如有需要，應(yīng)在對應(yīng)基材上具體考慮，以取得準(zhǔn)確的結(jié)果。圖6與圖3對應(yīng)多層鎳鍍層體系（黃銅基底）的電位/厚度關(guān)系曲線-用于評估鎳鍍層厚度9測試不確定性很大程度上，測試的不確定性取決于測試裝置的操作過程以及用于校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)試樣。商業(yè)上使用的測試裝置，層間電位差和鍍層厚度的測試過程的不確定度約為10%。（通過循環(huán)試驗(yàn)獲得的精度應(yīng)按照ISO/IEC指南98-3進(jìn)行測量不確定度的計(jì)算。10試驗(yàn)報(bào)告報(bào)告中應(yīng)包含以下信息：（1）樣品說明（包括基底材料8（2）多層鎳鍍層體系結(jié)構(gòu)的說明，根據(jù)GB/T9797中的規(guī)給出各層鎳鍍層的相關(guān)標(biāo)識(shí)；（3）鎳鍍層的退鉻和活化過程；（4）測試點(diǎn)的位置（可提供圖紙（5）測試點(diǎn)的大?。娊獬貕|圈直徑）、溶解電流的大小或溶解速度以及所使用的測量儀器的信息；（6）在各個(gè)讀數(shù)點(diǎn)獲得的測量結(jié)果或者各相關(guān)點(diǎn)數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值。1附錄A（資料性）通過循環(huán)試驗(yàn)獲得精確數(shù)據(jù)根據(jù)本文件對STEP測試進(jìn)行了循環(huán)測試。來自16個(gè)國家的21個(gè)實(shí)驗(yàn)室參加了研究。在這21個(gè)實(shí)驗(yàn)室中使用了來自不同制造商的STEP測試設(shè)備。從不同的供應(yīng)商獲得了本文件的校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)：對鋼基材上的雙層鎳鍍層體系（亮鎳和半亮鎳）測試進(jìn)行校準(zhǔn)。先使用相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)儀器，然后循環(huán)測試過程中選擇三個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測試。用作循環(huán)測試校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)證值如下：亮鎳厚度：5.08μm±5%；半亮鎳厚度：11.18μm±5%；亮鎳和半亮鎳之間電位差：115mV±10%。報(bào)告的數(shù)據(jù)按照ISO5725-2進(jìn)行評估。平均值m、重現(xiàn)性標(biāo)準(zhǔn)差SR和重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)差Sr的結(jié)果如表A.1所示。表A.1重復(fù)性極值r和重現(xiàn)性極值R厚度mdumsRum%um%亮鎳5.060.036.00.090.9半亮鎳0.690.302.6m△φ=106.33mV；SR=7.89mV（7.4%雖然認(rèn)證的厚度在循環(huán)測試中“完美”重現(xiàn)，但電位差仍有一定偏差，這仍在循環(huán)測試樣本的認(rèn)證不確定性范圍內(nèi)。從該循環(huán)試驗(yàn)獲得的精確數(shù)據(jù)可以看出，在理想的測試條件下，測試方法的測量不確定度可以低于一般假定的10%（見第9條）。2參考文獻(xiàn)[1]GB/T9797金屬及其他無機(jī)覆蓋層鎳、鎳+鉻、銅+鎳和銅+鎳+鉻電鍍層[2]GB/T12334金屬和其他非有機(jī)覆蓋層關(guān)于厚度測量的定義和一般規(guī)則[3]GB/T3138金屬和其他無機(jī)覆蓋層表面處理、金屬和其他無機(jī)覆蓋層術(shù)語[4]ISO2859-1,Samplingproceduresforinspectionbyattributes—Part1:Samplingschemesindexedbyacceptancequalitylimit(AQL)forlot-by-lotinspection[5]ISO2859-2,Samplingproceduresforinspectionbyattributes—Part2:Samplingplansindexedbylimitingquality(LQ)forisolatedlotinspection[6]GB/T6463,金屬和其他無機(jī)覆蓋層厚度測量方法評述[7]GB/T16921,金屬覆蓋層覆蓋層厚度測量X射線光譜法[8]GB/T44154金屬及其他無機(jī)覆蓋層金屬及無機(jī)覆蓋層標(biāo)識(shí)要求[9]ISO/IECGuide98-3,Uncertaintyofmeasurement—Part3:Guidetotheexpressionofuncertaintyinmeasurement(GUM:1995)[10]DIN50960-1,Electroplatedcoatings—Part1:Designationintechnicaldocuments[11]DIN50960-2,Electroplatedcoatings—Part2:Indicationsontechnicaldrawings[12]DIN53100,Metalliccoatings—Electroplatedcoatingsofnickelpluschromiumandofcopperplusnickelpluschromiumonplasticsmaterials[13]ASTMB764,StandardTestMethodforSimultaneou