金属及其他无机覆盖层 复合镍沉积层中各镍镀层厚度和层间电位差同步测试方法（STEP测试） 征求意见稿

1金属及其他无机覆盖层复合镍沉积层中各镍镀层厚度和层间电位差同步测试方法（STEP测试）本文件规定了测量多层镍镀层体系中各镍层厚度和层间电位差的方法。本文件适用于多层镍镀层的测量。本文件不适用于多层镍镀层以外的涂层或层系的测量。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T4955金属覆盖层覆盖层厚度测量阳极溶解库仑法（GB/T4955-2005,ISO2177,IDT）GB/T6682分析实验室用水规格和实验方法（GB/T6682-2008,ISO3696,IDT）3术语及定义下列术语和定义适用于本文件。ISO和IEC在以下网址持续更新术语用于标准化的数据库：ISO在线浏览平台：/obpIEC：/4测试装置4.1测试电解池的构造图1是两种用于同时测试多层镍镀层中各镍镀层厚度和层间电位差的电解池示意图。这两种电解池的参比电极不同。图1a中，参比电极是一根位于电解池边缘的涂有氯化银的银丝；图1b中，参比电极是位于电解池底部涂有氯化银的银环。这两种参比电极在测试结果的不确定性方面具有相同的效果，电位差和镀层厚度（校准后）的测量，与参比电极关系不大。注1：镍镀层厚度和层间电位差的测试过程中，使用银环参比电极时（图1b因为不需要调整银线，所以2a)涂氯化银的银丝作为参比电极的电解池b)电解液润湿区域涂氯化银的银环作为参比电极的电解池4.2测试溶液的成分六水合氯化镍（NiCl2·6H2O）氯化钠（NaCl）硼酸（H3BO3）pH值典型测试电解池的示意图300g/L50g/L25g/L3实验过程中使用的去离子水应符合GB/T6682中的3级水的要求。电解液的pH值可采用稀释的盐酸或氢氧化钠溶液进行调整。35要求镀镍的测试试样形状不限，但应满足电解池可以紧密贴合在其表面的要求。测试前，试样表面应进行适当地退铬和活化（例如，可采用去离子水和浓盐酸按照1:1稀释的盐酸溶液）。退铬和活化过程中，应确保镍镀层不会发生明显损伤。6试样试验过程中取样应符合ISO2859-1和ISO2859-2要求。允许的误差范围可与需方协商确定。7测试精度影响因素7.1电解液每次电化学测试过程均应使用未使用过的电解液。7.2条件对于新的或长期未使用的参比电极，使用前应在电极表面涂覆氯化银。试验前进行的前处理应符合实验装置说明书要求。注：测试过程中，可采用与已知镀层厚度和层间电位差的试样进行对7.3阴极镍沉积在反复测试过程中，镍会逐渐沉积在阴极（负极）表面。当镍沉积层达到一定厚度后，阴极表面的镍会溶解，并以絮凝状形式分布在电解液中，这将严重影响测试结果。测试前，可采用机械法或化学法（对于较厚的镍沉积层）去掉阴极表面的镍沉积物。7.4表面清洁度为了在整个测试过程实现镍镀层均匀的溶解，试样表面应无污染和氧化层（见5）。7.5测试面积和压紧程度根据试样的尺寸和形状，可选用不同尺寸的垫圈。测试面积会影响实验结果的不确定性；通常，测试面积越大，不确定性越小。应使用足够压力将电解池压在试样表面，确保电解池中的电解液不会从垫圈与试样间的缝隙处渗出。但压力过高，会使得密封圈变形，导致实验面积减小，从而引发实验误差。使用电解池的过程应满足使用说明书的要求。7.6电接触电气接触表面存在污垢或发生腐蚀时会导致接触电阻增加，影响测试结果的可靠性。测试过程中应保证具有良好的电气连接。7.7完全溶解为了获得镍镀层的准确厚度，应确保多层镍镀层中底层镀层完全溶解。实验结束后，移走电解池，采用视觉检测观察试样表面状态。若试样表面无镍层残留物，表明镍层已完全溶解，符合要求。48测试步骤8.1一般要求镍镀层可通过普通镀液（暗镍层或半亮镍层）和含添加剂镀液进行沉积。含添加剂镀液可在亮度、平整度、延展性、韧性、硬度、内应力、孔隙度、耐磨性等方面实现不同的性能。添加剂可改变镍沉积层的结构。基于不同镍沉积层活性差异，可通过电化学测试来确定镍沉积层的结构和组成。STEP测试中，通过测量溶解时间来确定镀层厚度。该镀层厚度应按照GB/T4955进行计算。通过测试阳极（试样）相对参比电极的电位，获得不同类型镍镀层的溶解电位。2.对于大多数商用仪器，镍镀层厚度根据溶解时间自动计算，可获得电位（mv）与镍镀层厚度(μm）的关系曲8.2测试经过适当方法退铬和活化处理（见第5章、7.2和7.4）的试样安装在电解池下方，电解池与试样中间放置密封垫圈，并压紧。随后向电解池中添加电解液，适当调整参比电极，按照电解池使用说明书要求进行测试。测试的区域和次数应按照与需求方约定的要求进行。应通过校准样品定期检查仪器的测量精度。校准试样提供了多层镍镀层中各镀层厚度和镍层间电位差的校准值。校准试样应给出镍镀层总厚度（例如采用符合GB/T16921规定的X射线光谱法测量获得）。8.3评估图2和图4显示了多层镍镀层体系中镍层厚度与电位的关系曲线。图3是与图2中测试结果相对应的镀层结构示意图。△φ34——镍层Ⅱ和镍层Ⅲ间的电位差；5图2多层镍镀层（图3）的电位/层厚度测试结果图3多层镍镀层的示意图6图4多层镍镀层系统的电位/厚度关系曲线理想情况下，各镍镀层的溶解过程均产生一个恒定的电位平台，如图2和图4所示曲线情况。镀层间电位差即为曲线中各平台的高度差值。镀层间电位差与各镀层的溶解程度无关。实际情况下，额外的微小波动会使实验结果变得复杂。在这种情况下，电位曲线高度也会随着镀层溶解深度发生变化。为了获得更为准确的镀层间电位差数据结果，应采用以下评估方法：1.确定过渡点A：镍层NiA电位曲线上升（或下降）部分与随后的过渡区斜线部分的交点即为A2.获取镍层A的电位值φA：A点的镀层厚度值减去2μm，该点位置记为dA，读取该处的电位值φA，即为镍层NiA的电位值；3.确定过渡点B：镍层NiB电位曲线中斜线与随后的上升（或下降）部分交点即为B点；4.获取镍层B的电位值φB：B点的镀层厚度值加上2μm，该点位置记为dB，读取该处的电位值φB，即为镍层NiB的电位值。5.φAB=|φA-φB|，即为镍层间电位差。图2或图4中，可采用这种方法对标记点进行定位。例如，图2中微孔镍(I)和亮镍（II）之间的电位差即为标记点1和标记点2所示的电位之差。亮镍（II）和半亮镍（III）之间的电位差即为标记点3和标记点4所示的电位差。注：如果所涉及的Ni层厚度太低，无法进行上述评估（向左或右偏移2μm)时，则将电位曲线的中间位置确定7NiA——镍镀层A；图5具有漂移影响的镍镀层体系确定层间电位差的过程示意图图6显示了通过镀层溶解过程曲线的斜线部分确定镍镀层厚度的方法。首先读取电位曲线斜线一半高度处的溶解深度值。两个相邻斜线的溶解深度值之差即为镍镀层的厚度。图6中初始斜线的溶解深度值为微孔镍(I)的厚度，斜坡2和斜坡1的溶解深度的差值为亮镍（II）的厚度。对于最底层镍镀层与基底材料的过渡点，可通过电位曲线上出现的明显波动的点（标记点3）确定。如果基底材料是铜合金，电位曲线会出现轻微的上升。如果基底材料是钢，电位曲线会出现轻微的下降。如有需要，应在对应基材上具体考虑，以取得准确的结果。图6与图3对应多层镍镀层体系（黄铜基底）的电位/厚度关系曲线-用于评估镍镀层厚度9测试不确定性很大程度上，测试的不确定性取决于测试装置的操作过程以及用于校准的标准试样。商业上使用的测试装置，层间电位差和镀层厚度的测试过程的不确定度约为10%。（通过循环试验获得的精度应按照ISO/IEC指南98-3进行测量不确定度的计算。10试验报告报告中应包含以下信息：（1）样品说明（包括基底材料8（2）多层镍镀层体系结构的说明，根据GB/T9797中的规给出各层镍镀层的相关标识；（3）镍镀层的退铬和活化过程；（4）测试点的位置（可提供图纸（5）测试点的大小（电解池垫圈直径）、溶解电流的大小或溶解速度以及所使用的测量仪器的信息；（6）在各个读数点获得的测量结果或者各相关点数据的算术平均值。1附录A（资料性）通过循环试验获得精确数据根据本文件对STEP测试进行了循环测试。来自16个国家的21个实验室参加了研究。在这21个实验室中使用了来自不同制造商的STEP测试设备。从不同的供应商获得了本文件的校准标准：对钢基材上的双层镍镀层体系（亮镍和半亮镍）测试进行校准。先使用相关标准校准实验仪器，然后循环测试过程中选择三个点进行测试。用作循环测试校准标准的认证值如下：亮镍厚度：5.08μm±5%；半亮镍厚度：11.18μm±5%；亮镍和半亮镍之间电位差：115mV±10%。报告的数据按照ISO5725-2进行评估。平均值m、重现性标准差SR和重复性标准差Sr的结果如表A.1所示。表A.1重复性极值r和重现性极值R厚度mdumsRum%um%亮镍5.060.036.00.090.9半亮镍0.690.302.6m△φ=106.33mV；SR=7.89mV（7.4%虽然认证的厚度在循环测试中“完美”重现，但电位差仍有一定偏差，这仍在循环测试样本的认证不确定性范围内。从该循环试验获得的精确数据可以看出，在理想的测试条件下，测试方法的测量不确定度可以低于一般假定的10%（见第9条）。2参考文献[1]GB/T9797金属及其他无机覆盖层镍、镍+铬、铜+镍和铜+镍+铬电镀层[2]GB/T12334金属和其他非有机覆盖层关于厚度测量的定义和一般规则[3]GB/T3138金属和其他无机覆盖层表面处理、金属和其他无机覆盖层术语[4]ISO2859-1,Samplingproceduresforinspectionbyattributes—Part1:Samplingschemesindexedbyacceptancequalitylimit(AQL)forlot-by-lotinspection[5]ISO2859-2,Samplingproceduresforinspectionbyattributes—Part2:Samplingplansindexedbylimitingquality(LQ)forisolatedlotinspection[6]GB/T6463,金属和其他无机覆盖层厚度测量方法评述[7]GB/T16921,金属覆盖层覆盖层厚度测量X射线光谱法[8]GB/T44154金属及其他无机覆盖层金属及无机覆盖层标识要求[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