rmjournalЭталоны. Стандартные образцыMeasurement Standards. Reference Materials2687-0886D. I. Mendeleyev Institute for Metrology10.20915/2077-1177-2024-20-4-103-116rmjournal-523Research ArticleСовременные методы анализа веществ и материаловModern methods of analysis of substances and materialsО состоянии и перспективах совершенствования метрологического обеспечения в области измерений толщины покрытий рентгенофлуоресцентным методомCurrent State and Prospects for Improving Metrological Support in the Field of Measuring the Thickness of Coatings Using the X-ray Fluorescence Methodhttps://orcid.org/0000-0002-9203-9994ШипицынаМ. В.ShipitsynaM. V.

Шипицына Мария Вячеславовна – ведущий инженер лаборатории термометрии и поверхностной плотности

Researcher ID: AAD-9925–2022

620075,  г. Екатеринбург, ул. Красноармейская, д.4

Maria V. Shipitsyna – Leading Engineer  of the Laboratory of Metrology, Thermometry and Surface Density

Researcher ID: AAD-9925–2022 

4 Krasnoarmeyskaya st., Yekaterinburg, 620075

ShipitsynaMV@uniim.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2032-3427ТюрнинаА. Е.TyurninaA. E.

Тюрнина Анастасия Евгеньевна – и. о. заведующего лабораторией термометрии и поверхностной плотности

620075,  г. Екатеринбург, ул. Красноармейская, д.4

Anasatsiya E. Tyurnina – Acting Head of the Laboratory of Metrology, Thermometry and Surface Density

4 Krasnoarmeyskaya st., Yekaterinburg, 620075

turninaae@uniim.ruУральский научно-исследовательский институт метрологии – филиал ФГУП «ВНИИМ им. Д. И. Менделеева»РоссияUNIIM – Affiliated Branch of the D. I. Mendeleyev Institute for MetrologyRussian Federation202404012025204103116Copyright © Шипицына М.В., Тюрнина А.Е., 20242024Шипицына М.В., Тюрнина А.Е.Shipitsyna M.V., Tyurnina A.E.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rmjournal.ru/jour/article/view/523

Обсудить в научной среде практику применения рентгенофлуоресцентного метода измерения толщины покрытий авторов побудила высокая востребованность метода, все возрастающая в Российской Федерации по мере развития в стране высокотехнологичного сектора машиностроения, приборостроения и электроники.

Представленный в статье обзор может предопределить перспективы совершенствования метрологического обеспечения метода рентгенофлуоресцентной спектрометрии и шире – в целом в области неразрушающих методов измерений толщины покрытий. Авторами воедино собран и систематизирован библиографический материал по видам покрытий, способам их нанесения, о преимуществах и ограничениях неразрушающих методов измерений толщины покрытий. На основе этих данных сформулированы вопросы, которые могут дать направление для научных исследований с целью развития неразрушающих методов контроля толщины покрытий.

Опубликованный материал адресован в первую очередь метрологам, обеспечивающим контроль в этой сфере, и изготовителям приборов и средств контроля качества покрытий. Авторский коллектив допускает развитие дискуссии с учетом мнения и опыта применения неразрушающего контроля толщины покрытий в условиях действующего производства.

The authors were prompted to discuss the practice of using the X-ray fluorescence for measuring coating thickness in the scientific community by the high demand for the method, which is constantly growing in the Russian Federation as the high-tech sector of mechanical engineering, instrument making and electronics develops in the country.

The review presented in the article can predetermine the prospects for improving the metrological support of the X-ray fluorescence spectrometry and, more broadly, in the field of non-destructive measurements of coating thickness in general. The authors collected and systematized bibliographic material on types of coatings, methods of their application, advantages and limitations of non-destructive measurements of coating thickness. Based on these data, questions are formulated that can provide direction for scientific research aimed at developing non-destructive methods for testing coating thickness.

The published material is addressed primarily to metrologists providing control in this area and manufacturers of instruments and means for monitoring the quality of coatings. The authors allow the development of the discussion taking into account the opinion and experience of using non-destructive testing of coating thickness in the conditions of the current production.

толщина покрытийнеразрушающие методы измеренийрентгенофлуоресцентный анализплотность покрытийметод гидростатического взвешиванияcoating thicknessnon-destructive measurementsX-ray fluorescencecoating densityhydrostatic weighing methodReferencesПотапов А. И., Сясько В. А. Неразрушающие методы и средства контроля толщины покрытий и изделий. Научное, методическое и справочное пособие. СПб., 2009. 904 с.Potapov A. I., Syasko V. A. Non-destructive methods and means of monitoring the thickness of coatings and products. Scientific, methodological and reference manual. St. Petersburg; 2009. 904 p. (In Russ.).Козлов Д. Ю. Руководство для подготовки инспекторов по визуальному и измерительному контролю качества окрасочных работ. Екатеринбург : ООО «ИД «Оригами», 2009. 202 с.Kozlov D. Yu. Guide for training inspectors for visual and measuring quality control of painting works. Yekaterinburg: OOO «ID «Origami»; 2009. 202 p. (In Russ.).Голубев С. С., Смирнова Н. И. Метрологическое обеспечение бесконтактных методов измерения толщины покрытий // Технологии НК. 2017. Т. 20, № 1. С. 10–13.Golubev S. S., Smirnova N. I. Metrological assurance of noncontact methods of coating thickness measurement. NDT World. 2017;20(1):10–13. (In Russ.).Голубев С. С., Бабаджанов Л. С., Бабаджанова М. Л. Структура и содержание метрологического обеспечения оценки соответствия характеристик при контроле качества покрытий // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2017. Т. 83, № 4. С. 71–74.Golubev S. S., Babadzhanov L. S., Babadzhanova M. L. The structure and content of metrological assurance of assessing the conformity of indicators upon quality control of coatings. Industrial laboratory. Diagnostics of materials. 2017;83(4):71–74. (In Russ.).Бабаджанов Л. С., Бабаджанова М. Л. Метрологическое обеспечение измерений толщины покрытий. Теория и практика. М. : ИПК Издательство стандартов, 2004.Babajanov L. S., Babajanova M. L. Metrological support for coating thickness measurements. Theory and practice. Moscow: IPK Izdatel’stvo standartov; 2004. (In Russ.).Зенин Б. С., Овечкин Б. Б. Современные технологии модифицирования поверхности и нанесения покрытий: учебное пособие. Томск : Томский политехнический университет, 2008. 75 с.Zenin B. S., Ovechkin B. B. Modern technologies for surface modification and coating. Study guide. Tomsk: Tomsk Polytechnic University; 2008. 75 p. (In Russ.).Исследование плотности наносимого функционального покрытия плазменным напылением с использованием методологии многофакторного эксперимента / С. Ю. Жачкин [и др.] // Воздушно-космические силы. Теория и практика. 2022. № 24. С. 63–71.Zhachkin C. Yu., Triphonov G. I., Krasnov A. A., Strunkin P. V. The study of the density of the applied functional covering by plasma spraying with the help of the multifactorial experiment methodology. Aerospace Forces. Theory and Practice. 2022;24:63–71. (In Russ.).Козенков О. Д., Пташкина Т. В., Косилов А. Т. Плотность и микротвердость композиционных покрытий, содержащих углеродные наноматериалы // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2015. Т. 11, № 1. С. 56–60.Kozenkov O. D., Ptashkina T. V., Kosilov A. T. Density and microhardness of composite coatings containing carbon nanomaterials. Bulletin of Voronezh State Technical University. 2015;11(1):56–60. (In Russ.).Status quo und trends der galvanotechnik / T. Lampke [et al.] // Materialwissenschaft und Werkstofftechnik. 2008. Vol. 39, № 1. P. 52–57. https://doi.org/10.1002/mawe.200700241Lampke T., Steiger H., Zacher M., Steinhauser S., Wielage B. Status quo und trends der galvanotechnik. Materialwissenschaft und Werkstofftechnik. 2008;39(1):52–57. https://doi.org/10.1002/mawe.200700241The current distribution in electrochemical cells // Fundamental Aspects of Electrometallurgy. Boston, MA: Springer, 2005. P. 101–143. https://doi.org/10.1007/0-306-47564-2_4The current distribution in electrochemical cells. In: Fundamental Aspects of Electrometallurgy. Boston, MA: Springer; 2005. P. 101–143. https://doi.org/10.1007/0-306-47564-2_4Electroplating for decorative applications: recent trends in research and development / W. Giurlani [et al.] // Coatings. 2018. Vol. 8, № 8. P. 260. https://doi.org/10.3390/coatings8080260Giurlani W., Zangari G., Gambinossi F., Passaponti M., Salvietti E., Di Benedetto F., et al. Electroplating for decorative applications: recent trends in research and development. Coatings. 2018;8(8):260. https://doi.org/10.3390/coatings8080260Наумчик И. В., Шевченко А. В., Алексеев К. В. Неразрушающий контроль толщины покрытий // Фундаментальные исследования. 2015. № 12–5. C. 935–939.Naumchik I. V., Shevchenko A. V., Alekseev K. V. Non-destructive testing of thickness of coverings. Fundamental Research. 2015;(12–5):935–939. (In Russ.).Scialla E., Brocchieri J., Sabbarese C. Comparison of different methodologies for estimating gold thickness in multilayer samples using XRF spectra // Applied Radiation and Isotopes. 2023. Vol. 191. P. 110517. https://doi.org/10.1016/j.apradiso.2022.110517Scialla E., Brocchieri J., Sabbarese C. Comparison of different methodologies for estimating gold thickness in multilayer samples using XRF spectra. Applied Radiation and Isotopes. 202;191:110517. https://doi.org/10.1016/j.apradiso.2022.110517Measuring the thickness of metal coatings: a review of the methods / W. Giurlani [et al.] // Coatings. 2020. Vol. 10, № 12. P. 1211. https://doi.org/10.3390/coatings10121211Giurlani W., Berretti E., Innocenti M., Lavacchi A. Measuring the thickness of metal coatings: a review of the methods. Coatings. 2020;10(12):1211. https://doi.org/10.3390/coatings10121211Thickness determination of metal multilayers by ED-XRF multivariate analysis using Monte Carlo simulated standards / / W. Giurlani [et al.] // Analytica Chimica Acta. 2020. Vol. 1130. P. 72–79. https://doi.org/10.1016/j.aca.2020.07.047Giurlani W., Berretti E., Lavacchi A., Innocenti M. Thickness determination of metal multilayers by ED-XRF multivariate analysis using Monte Carlo simulated standards. Analytica Chimica Acta. 2020;1130:72–79. https://doi.org/10.1016/j.aca.2020.07.047Васильев А. С. Исследование, разработка и внедрение методик определения поверхностной плотности и массовой доли элементов для многослойных и многокомпонентных покрытий рентгенофлуоресцентным методом // Эталоны. Стандартные образцы. 2024. Т. 20, № 2. С. 99–114. https://doi.org/10.20915/2077-1177-2024-20-2-99-114Vasiliev A. S. Research, development and implementation of methods for determining surface density and mass fraction of elements for multilayer and multicomponent coatings by X-ray fluorescence method. Measurement Standards. Reference Materials. 2024;20(2):99–114. (In Russ.). https://doi.org/10.20915/2077-1177-2024-20-2-99-114Revenko A. G., Tsvetyansky A. L., Eritenko A. N. X-ray fluorescence analysis of solid-state films, layers, and coatings // Radiation Physics and Chemistry. 2022. Vol. 197. P. 110157. https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2022.110157Revenko A. G., Tsvetyansky A. L., Eritenko A. N. X-ray fluorescence analysis of solid-state films, layers, and coatings. Radiation Physics and Chemistry. 2022;197:110157. (In Russ.). https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2022.110157Ревенко А. Г., Пашкова Г. В. Рентгенофлуоресцентный анализ: современное состояние и перспективы развития // Журнал аналитической химии. 2023. Т. 78, № 11. C. 980-1001. https://doi.org/10.31857/S0044450223110130Revenko A. G., Pashkova G. V. X-Ray fluorescence spectrometry: current status and prospects of development. Journal of Analytical Chemistry. 2023;78(11):980–1001. (In Russ.). https://doi.org/10.31857/S0044450223110130Казанцев В. В., Медведевских С. В., Васильев А. С. Государственный первичный эталон единиц поверхностной плотности и массовой доли элементов в покрытиях ГЭТ 168-2015 // Измерительная техника. 2018. № 9. С. 17–19. https://doi.org/10.32446/0368-1025it-2018-9-17-19Kazantsev V. V., Medvedevskikh S. V., Vasiliev A. S. State primary standard of units of surface density and mass fraction of elements in coatings GET 168-2015. Measuring technology. 2018;9:17–19. (In Russ.). https://doi.org/10.32446/0368-1025it-2018-9-17-19Kazantsev V., Hoffmann K-P. Final report on CCL supplementary comparison COOMET 527/Ru/11 COOMET.L-S16 // Metrologia. 2015. Vol. 52, № 1A. P. 04001. https://doi.org/10.1088/0026–1394/52/1A/04001Kazantsev V., Hoffmann K-P. Final report on CCL supplementary comparison COOMET 527/Ru/11 COOMET.L-S16. Metrologia. 2015;52(1A):04001. https://doi.org/10.1088/0026-1394/52/1A/04001Dimple grinding coupled with optical microscopy for porosity analysis of metallic coatings / H. Hu [et al.] // Micron. 2024. Vol. 178. P. 103593. https://doi.org/10.1016/j.micron.2024.103593Hu H., He A., Aasen D., Shukla S., Ivey D. G. Dimple grinding coupled with optical microscopy for porosity analysis of metallic coatings. Micron. 2024;178:103593. https://doi.org/10.1016/j.micron.2024.103593Соколовский С. С., Астапович О. С. Выбор метода и средств измерений плотности пористых композиционных материалов с открытыми порами // Приборостроение – 2019: материалы 12-й Международной научно-технической конференции, Минск, 13–15 ноября 2019 года. Минск : Белорусский национальный технический университет, 2019. C. 228–229.Sokolovskii S. S., Astapovich O. S. Selection of the method and means for measuring the density of porous composite materials with open pores. In: Instrument-making – 2019: Proceedings of the 12th International Scientific and Technical Conference, 13–15 November 2019; Minsk. Minsk: Belarusian National Technical University; 2019. P. 228–229. (In Russ.).Сильченко О. Б., Силуянова М. В., Хопин П. Н. Исследование плотности и пористости покрытий из керамополимеров или композиционных материалов с квазикристаллами, полученных газодетонационным методом и методом газодинамического напыления // Вестник Брянского государственного технического университета. 2020. № 7. С. 4–11.Silchenko O. B., Siluyanova M. V., Khopin P. N. Study of the density and porosity of coatings made of ceramic polymers or composite materials with quasicrystals obtained by the gas detonation method and the method of gas dynamic spraying. Bulletin of the Bryansk State Technical University. 2020;7:4–11. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.