استاندارد ایزو 10111: سنجش «جرم پوشش به ازای واحد سطح»

استاندارد ایزو 10111 یا ISO 10111:2019 با عنوان کامل «پوشش‌های فلزی و سایر پوشش‌های غیرآلی — اندازه‌گیری جرم به ازای واحد سطح — مرور روش‌های تجزیه gravimetric و شیمیایی» راهنمایی جامع برای اندازه‌گیری جرم پوشش بر واحد سطح (سطح‌چگالی/Areal Density) ارائه می‌کند. این سند به‌جای تمرکز بر یک روش واحد، سبدی از روش‌های معتبر را مرور می‌کند تا آزمایشگاه‌ها بر حسب جنس پوشش/زیرلایه، فرآیند پوشش‌دهی و امکانات موجود، بهترین مسیر آزمون را انتخاب کنند. طبق متن رسمی ISO، دامنهٔ استاندارد تقریباً همهٔ پوشش‌های صنعتی رایج—از اکسیداسیون آندی تا آبکاری الکتریکی، گالوانیزهٔ غوطه‌داغ و حتی PVD/CVD—را پوشش می‌دهد.

دامنه استاندارد ایزو 10111 و جایگاه در زنجیرهٔ استانداردها

بر اساس بند «Scope»،استاندارد ایزو 10111 دستورالعمل تعیین میانگین جرم پوشش بر واحد سطح در یک ناحیهٔ اندازه‌گیری‌شده را می‌دهد. این کار با مجموعه‌ای از رویه‌های وزنی/شیمیایی انجام می‌شود که قبلاً به‌صورت ملی یا بین‌المللی استاندارد شده‌اند.

مهم‌تر این‌که نسخهٔ ۲۰۱۹ (ویرایش دوم) نسبت به نسخهٔ ۲۰۰۰ (ویرایش اول) بازنگری فنی داشته است؛ از جمله افزوده‌شدن یک روش وزنی که نمونهٔ «بدون پوشش» و نمونهٔ «پوشش‌خورده» را مستقیم وزن می‌کند، و همچنین در نظر گرفتن افزایش سطح واقعی ناشی از زبری برای تخمین واقع‌بینانه‌تر ضخامت موضعی (اختیاری). پیوست Annex A که فهرست «محلول‌های لایه‌بردار/اچ» را می‌داد، اکنون اطلاعاتی (informative) شده و واکنشگرهای قدیمی یا دارای ارجاع منقضی/مواد خطرناک حذف شده‌اند.

این سند زیر نظر ISO/TC 107 (پوشش‌های فلزی و سایر پوشش‌های غیرآلی) تدوین می‌شود و نسخهٔ اروپایی هم‌ارز آن با عنوان EN ISO 10111:2019 توسط DIN/BSI منتشر شده است؛ عنوان اروپایی دقیقاً همان «Measurement of mass per unit area — Review of gravimetric and chemical analysis methods» است.

اصل روش‌ها به زبان ساده

استاندارد ایزو 10111 «چگونه انتخاب کردن» و «چگونه انجام دادن» را کنار هم توضیح می‌دهد. اصل کلی این است که جرم پوشش روی مساحت معلوم به یکی از چهار راه تعیین شود و سپس سطح‌چگالی و در صورت نیاز ضخامت محاسبه گردد:

1. روش وزنی با حل‌کردن پوشش: نمونه قبل و بعد از حل‌کردن پوشش در واکنشگری که به زیرلایه آسیب نمی‌زند وزن می‌شود؛ اختلاف جرم = جرم پوشش.
2. روش وزنی با حل‌کردن زیرلایه: زیرلایه در واکنشگر مناسب حل می‌شود و خودِ پوشش وزن می‌گردد.
3. روش‌های آنالیز شیمیاییِ محلول: پوشش (به‌تنهایی یا همراه زیرلایه) حل می‌شود و از آنالیز حجمی/فتومتری تا AAS/ICP-OES/ICP-MS برای اندازه‌گیری کمّی عنصرِ پوشش استفاده می‌شود.
4. روش وزنی «قبل/بعدِ فرآیند پوشش‌دهی»: نمونهٔ بدون پوشش (پس از پیش‌تیمارهایی که جرم زیرلایه را کم می‌کنند) وزن می‌شود؛ سپس پس از پوشش‌دهی دوباره وزن می‌شود و افزایش جرم به‌عنوان جرم پوشش گزارش می‌شود.

یادآوری مهم: به‌جز مورد ویژهٔ ISO 3892، این سند عدم قطعیت اندازه‌گیری روش‌ها را ارائه نمی‌کند؛ بنابراین آزمایشگاه باید برآورد عدم‌قطعیت را مطابق رویه‌های داخلی/استانداردهای مرجع خودش انجام دهد.

سنجش مساحت و اثر زبری (RSAI)

دقت اندازه‌گیری مساحت باید بهتر از دقت هدف برای سطح‌چگالی باشد. بسته به اندازهٔ نمونه، از خط‌کش/کولیس تا میکروسکوپ اندازه‌گیری می‌توان استفاده کرد؛ برای سطوح رزوه‌دار، رجوع به نقشه‌ها/جداول منتشرشده توصیه شده است.

افزون بر «مساحت هندسی (پروژکت‌شده)»، استاندارد در نسخهٔ ۲۰۱۹ امکان افزودن اثر زبری را نیز باز کرده است: با AFM، میکروسکوپ کُن‌فوکال یا تداخل‌سنجی می‌توان افزایش نسبی مساحت (RSAI) را اندازه گرفت و مساحت هندسی را به مساحت واقعی نزدیک‌تر کرد—این گزینه برای پوشش‌های زبر یا قطعاتی با سطح سندبلاست/ماشین‌کاری خشن ارزشمند است.

آماده‌سازی نمونه و نکات اجرایی

• اندازه/شکل نمونه باید اجازهٔ اندازه‌گیری دقیق مساحت و جرم را بدهد؛ اشکال مستطیلی/دایره‌ای معمولاً مناسب‌اند. برای مساحت‌های کوچک (مثلاً کمتر از 100 mm²) باید لبه‌ها پرداخت شوند تا مرز ناحیهٔ پوشش روشن شود.
• اگر قرار است زیرلایه حل شود و پوشش سالم بماند، گاهی عملیات حرارتی ملایم از تاخورده/پوسته‌شدن فیلم‌های خیلی نازک (مثلاً طلای <0.9 μm) جلوگیری می‌کند—اما اگر هدف، اندازه‌گیری ضخامت از روی جرم/چگالی است، هر تیماری که چگالی پوشش را تغییر دهد باید اجتناب شود.
• متن استاندارد هشدار می‌دهد که استفاده از این روش‌ها ممکن است مواد/فرآیندهای خطرناک درگیر کند؛ رعایت ایمنی، بهداشت و محیط زیست بر عهدهٔ کاربر است.

محاسبات: از جرم به ضخامت

سطح‌چگالی برابر است با جرم پوشش تقسیم بر مساحت اندازه‌گیری‌شده؛ اگر چگالی پوشش را هم بدانید، می‌توانید ضخامت را از رابطهٔ سادهٔ t=m/Aρt = \frac{m/A}{\rho}t=ρm/A​ به‌دست آورید (t = ضخامت، m = جرم پوشش، A = مساحت، ρ = چگالی پوشش). خود استاندارد صریح می‌گوید ضخامت از جرم، مساحت و چگالی قابل استنتاج است؛ ولی ارزیابی عدم‌قطعیت به عهدهٔ کاربر است.

چه زمانی کدام روش را انتخاب کنیم؟

• پوشش‌های مقاوم به اچ انتخابی (مثلاً برخی آلیاژها روی همان فلز پایه): روش‌های آنالیز شیمیاییِ محلول (ICP/AAS) معمولاً بهتر جواب می‌دهند؛ زیرا جداکردن کامل پوشش از زیرلایه با اچ انتخابی ممکن یا اقتصادی نیست.
• پوشش‌های نسبتا ضخیم روی زیرلایه‌های قابل‌حل: حلِ زیرلایه و وزن مستقیمِ پوشش تکرارپذیری خوبی می‌دهد—به‌ویژه وقتی پوشش شبکه‌ای/خودایستا باشد (در صورت نیاز، پیش‌گرمایش ملایم برای پایدارماندن فیلم توصیه شده است).
• فرآیندهای با پیش‌تیمار پرُافت (ساب‌زدن، چربی‌گیری تهاجمی): روش «قبل/بعد پوشش‌دهی» تنها زمانی مجاز است که از ناچیز بودن اتلاف جرمِ زیرلایه در پیش‌تیمار مطمئن باشید؛ در غیر این صورت، اختلاف جرم لزوماً معادل جرم پوشش نیست.
• قطعات با زبری بالا یا هندسهٔ پیچیده: اگر می‌خواهید ضخامت را از جرم/مساحت استنباط کنید، تصحیح RSAI به نزدیک‌شدن تخمین شما به واقعیت کمک می‌کند.

گام‌های نمونه برای اجرای آزمون (Workflow پیشنهادی)

1. تعریف ناحیهٔ آزمون و آماده‌سازی لبه‌ها در صورت کوچک‌بودن مساحت؛ انتخاب ابزار اندازه‌گیری مساحت بر اساس دقت هدف.
2. انتخاب روش (وزنیِ «حل پوشش»، وزنیِ «حل زیرلایه»، «قبل/بعد پوشش‌دهی» یا آنالیز شیمیاییِ محلول) با توجه به جنس پوشش/زیرلایه و سازگاری واکنشگر—به فهرست واکنشگرهای Annex A مراجعه کنید (اطلاعاتی است و می‌توانید محلول‌های ایمن‌تر جایگزین کنید).
3. اجرای رویهٔ پاک‌سازی/خشک‌کردن و توزین طبق بندهای روش وزنی؛ اگر روش شیمیایی را برگزیده‌اید، محلول حاصل را با یکی از روش‌های فتومتری/حجمی/AAS/ICP تحلیل کنید.
4. حسابرسی نتایج: سطح‌چگالی و در صورت نیاز ضخامت را محاسبه کنید؛ اگر از ضخامت استفاده می‌کنید، چگالی واقعی پوشش (نه چگالی فلهٔ مادهٔ خالص) را لحاظ کنید.
5. مستندسازی ایمنی و عدم‌قطعیت: مواد خطرناک، مراحل، و برآورد عدم‌قطعیت (خارج از حیطهٔ استاندارد جز در ISO 3892) را در گزارش قید کنید.

چه کسانی باید از استاندارد ایزو 10111 استفاده کنند؟

• کارخانه‌های آبکاری/گالوانیزه/آنودایز که نیاز دارند جرم پوشش بر سطح و ضخامت برآوردی را برای کنترل فرایند یا انطباق قراردادی گزارش کنند.
• آزمایشگاه‌های طرف ثالث که باید برای پوشش‌های نامتداول یا چندلایه روش مناسب انتخاب کنند (مثلاً تحلیل محلول با ICP برای لایه‌های مرکب).
• واحدهای تضمین کیفیت و تدارکات که در اسناد خرید به‌جای «فقط ضخامت»، سطح‌چگالی را نیز به‌عنوان معیار پذیرش می‌آورند—این معیار برای پوشش‌های تخلخلی/غیرهمگن اغلب گویاتر است. برای نسخهٔ اروپایی/ملیِ هم‌ارز می‌توان به DIN/BS EN ISO 10111:2019 ارجاع داد.

نسبت استاندارد ایزو 10111 با استانداردهای «ضخامت‌سنجی» و NDT

استاندارد ایزو 10111 روش‌های شیمیایی/وزنی را مرور می‌کند و ذاتاً مخرب است (به‌جز حالت «قبل/بعد پوشش‌دهی»). اگر به روش‌های غیرمخرب (NDT) نیاز دارید—مثل مغناطیسی/eddy current/XRF/اولتراسونیک—به استانداردهای تخصصی ضخامت‌سنجی (مثلاً در خانوادهٔ EN/ISO مربوط به ضخامت پوشش) رجوع خواهد شد؛ ISO 10111 خود را جایگزینِ آن‌ها نمی‌داند و هدفش اندازه‌گیری جرم واحد سطح است که گاهی برای کالیبراسیون/اعتبارسنجی روش‌های NDT نیز به‌کار می‌رود.

تغییرات مهم نسخهٔ ۲۰۱۹ نسبت به ۲۰۰۰

طبق «Foreword» رسمی، نسخهٔ ۲۰۱۹:

• روش وزنی «نمونهٔ خام/نمونهٔ پوشش‌خورده» را افزوده؛
• اثر زبری بر مساحت واقعی را (به‌صورت اختیاری) وارد محاسبات کرده؛
• Annex A را اطلاعاتی کرده و واکنشگرهای مشکل‌ساز را حذف نموده؛
• مراجع کتابشناسی قدیمی/بی‌استناد را پاک‌سازی کرده است.
  این‌ها علاوه‌بر ساختارمندترشدن فصل‌ها و صراحت بیشتر در ایمنی و ارجاع واژگان به ISO 2080 است.

جمع‌بندی استاندارد ایزو 10111

استاندارد ایزو 10111 ویرایش 2019 مرجع شما زمانی است که باید جرم پوشش بر واحد سطح را با رویه‌های وزنی/شیمیاییِ استاندارد به‌طور قابل‌ممیزی و مقایسه‌پذیر گزارش کنید—چه برای کنترل فرایند، چه برای انطباق قراردادی یا تخمین ضخامت بر مبنای جرم. این سند علاوه بر مرور روش‌ها، به جزئیات عملی کلیدی مانند اندازه‌گیری مساحت، اثر زبری (RSAI)، آماده‌سازی نمونه، و ملاحظات ایمنی می‌پردازد و در نسخهٔ ۲۰۱۹ نسبت به ۲۰۰۰ به‌روز شده است. برای استناد در اسناد خرید/کیفیت، می‌توانید از نسخهٔ بین‌المللی ISO 10111:2019 یا نسخه‌های EN/ملی معادل (DIN/BS) استفاده کنید.

منابع رسمی برای مطالعهٔ بیشتر

• صفحهٔ رسمی ISO: معرفی سند و دامنهٔ پوشش (نسخهٔ ۲۰۱۹). ISO
• متن پیش‌نمایش ISO 10111:2019 (PDF): Foreword، Scope، Principle، اندازه‌گیری مساحت/RSAI، روش‌های وزنی و تحلیلی، Annex A. Iteh Standards
• نسخهٔ نخست (۲۰۰۰) برای مقایسهٔ تاریخیِ روش‌ها و دامنه. Iteh Standards
• نسخه‌های هم‌ارز اروپایی/ملی (DIN/BS EN ISO 10111:2019) با عنوان یکسان. ANSI Webstorestandardsdevelopment.bsigroup.com

مطالعه پیشنهادی: استاندارد ایزو 10100: آزمون‌های پذیرش سیلندر هیدرولیک