CN108510166A - 一种涂层防护性能综合评价方法、设备 - Google Patents

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张伦武
朱玉琴
钟勇
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Abstract

本发明提供了一种涂层防护性能综合评价方法，步骤包括根据涂层应用场合选定评价指标，将选定的评价指标实测值转化为指标评价值，采用主观赋权法和客观赋权法“加法”集成计算每个评价指标的综合权重值，根据综合权重值和涂层防护性能综合等级评定标准给出涂层防护性能评价结论。本发明为涂层防护性能评价领域提供了一种全新的评价方法，为涂层材料优选、合理使用、维护提供了准确、可靠的依据。本发明还提供了一种涂层防护性能评价设备，采用该设备评价涂层防护性能，大幅简化了评价工序，提高了工作效率，评价结果准确可靠。

Description

一种涂层防护性能综合评价方法、设备
技术领域
本发明涉及一种基于老化、厚度损失、附着力下降率等指标的涂层防护性能综合评价方法、设备。
背景技术
涂层材料是能涂覆于基体表面并形成牢固附着的连续薄膜，具有防腐、装饰或其他特殊功能的一类化工材料。在基体表面施加涂层可有效隔离外界腐蚀环境或腐蚀介质的影响，大幅减轻基体材料腐蚀，延长结构或零部件使用寿命，是装备产品防腐蚀技术中最重要的手段。由于涂层的主要功能就是对装备产品用材料(如钢铁、铝合金、钛合金、镁合金等金属材料，复合材料、功能高分子材料)进行腐蚀防护，保障基体材料免遭或减轻腐蚀。因此，涂层的防护性能是关系到涂层材料合理选择、优化和使用维护的最主要指标。
涂层防护性能的表征非常复杂，研究发现老化和附着力破坏是造成涂层防护性能下降的两个重要因素，具体涉及变色、粉化、起泡、开裂、生锈、厚度损失、附着力损失等多种性能评价指标(多指标)，而如何利用这些性能指标，并结合恰当的评价模型对涂层防护性能进行整体评价一直是困扰腐蚀领域的技术难题。
目前，应用较为广泛的有机涂层评价方法主要有GB1766-2008《色漆和清漆涂层老化的评级方法》、ASTMD1654《经腐蚀试验的涂装或涂层试样的评价方法》。其中，GB1766-2008《色漆和清漆涂层老化的评级方法》给出了涂层失光、变色、粉化、泛金、斑点、沾污、开裂、起泡、长霉、剥落、生锈等11个老化单项等级，并基于单项等级评定漆膜老化的综合等级，分为0、1、2、3、4、5六个等级，对应代表漆膜耐老化性能的优、良、中、可、差、劣。该方法根据漆膜出现的数种老化现象中最严重的一项进行评定，实质上是一种单项极值评价方法，同时评价指标仅考虑了外观指标，不足以充分反映和度量涂层防护性能好坏，远不能满足涂层防护性能综合评价要求。而ASTMD1654《经腐蚀试验的涂装或涂层试样的评价方法》针对实验室加速和大气暴露试验后的涂装或涂层试样，分别规定了腐蚀鼓泡、划线处附着力降低或其它膜层损坏的等级评价方法。该方法基于单项指标将划线区和非划线区腐蚀等级分为0-10共11个等级，可用于一批涂层试样的对比筛选，但其不能解决涂层防护性能多指标综合评价问题，且在评价准确性和适用性方面具有局限性。
发明内容
本发明目的在于提供一种涂层防护性能综合评价方法，以解决涂层防护性能多指标综合评价，提高涂层防护性能评价结论准确性的问题，准确反映涂层防护性能的优劣。
本发明目的是采用如下所述技术方案实现的。
一种涂层防护性能综合评价方法，其特征在于所述方法包括下列步骤：
步骤1：根据涂层应用场合或具体使用目的，选定光泽、色差、粉化、开裂、起泡、生锈、剥落、厚度损失和/或附着力下降率中的n(n＝1,2,3,4,5,6,7,8,9)项作为评价指标，并获取选定的评价指标实测值；作为优选，评价指标由光泽、色差、粉化、开裂、起泡、生锈、剥落、厚度损失和附着力下降率构成；更优选地，评价指标由粉化、开裂、起泡、生锈、剥落、厚度损失和附着力下降率构成；
步骤2：对步骤1中评价指标进行无量纲化处理，具体是采用0-5级等级划分法，将评价指标实测值转化为指标评价值Xj；其中，光泽、色差、粉化、开裂、起泡、生锈、剥落按GB/T1766-2008的相关规定进行0-5级等级划分，厚度损失、附着力下降率根据表1和表2的划分标准进行0-5级等级划分；
表1厚度损失等级
等级 厚度损失值％
0 ≤5
1 >5-10
2 >10-20
3 >20-35
4 >35-50
5 >50
表2附着力下降率等级
等级 附着力下降率％
0 ≤5
1 >5-10
2 >10-25
3 >25-40
4 >40-60
5 >60
步骤3：采用主观赋权法和客观赋权法计算每个评价指标的综合权重值：
所述主观赋权法：组织r(r＝1,2,3…n)个对装备(产品)涂层防护性能熟悉的专家(本发明所述专家是指本领域技术人员和经国家相关部门认可的专家)，对步骤1中确定的n个评价指标的权重进行估计，得到一组指标权重的平均估计值即主观权重值；
所述客观赋权法：对步骤1中选定的每个评价指标的m(m＝1,2,3…)个样本构建评价矩阵R式(Ⅰ)，并计算每个评价指标的熵和权重，得到一组评价指标权重值βj(j＝1,2,3…n)，即客观权重值；
式中，m为样本数量，R为指标评价矩阵；
根据式(Ⅱ)求解得到每个评价指标的综合权重值Wj；
Wj＝k1ωj+k2βj…………………………………………………(Ⅱ)
式中，K1、K2为比例系数，且K1+K2＝1；
步骤4：根据步骤2中指标评价值Xj、步骤3中综合权重值Wj和式(Ⅲ)计算涂层防护性能的综合评价值F，
表3涂层防护性能综合等级评定
根据涂层防护性能的综合评价值F和表3给出涂层防护性能评价结论。
作为优选，上述涂层防护性能综合评价方法，所述步骤3的式(Ⅱ)中，K1、K2为比例系数，K1取值范围为0.5-1，K2取值范围为0-0.5，且K1+K2＝1。
本发明另一目的在于提供一种涂层防护性能评价设备，包括计算机，计算机包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如下步骤：
步骤A：选定评价指标，输入评价指标实测值，计算机处理器接收输入的评价指标实测值后与数据库中的存贮数据比对，并输出指标评价值Xj；所述评价指标包括光泽、色差、粉化、开裂、起泡、生锈、剥落、厚度损失和/或附着力下降率；作为优选，所述评价指标由光泽、色差、粉化、开裂、起泡、生锈、剥落、厚度损失和附着力下降率构成；更优选地，所述评价指标由粉化、开裂、起泡、生锈、剥落、厚度损失和附着力下降率构成；
所述数据库中的存贮数据包括表1、表2，GB/T 1766-2008中关于光泽、色差、粉化、开裂、起泡、生锈、剥落的等级划分标准，以及表3中涂层防护性能综合等级评定标准；
步骤B：输入主观权重值选定试验周期，执行式(Ⅰ)算法输出客观权重值βj，执行式(Ⅱ)算法输出综合权重值Wj，执行式(Ⅲ)算法输出综合评价值F；
步骤C：步骤B中综合评价值F与存贮数据中的涂层防护性能综合等级评定标准比对，输出涂层防护性能评价结论。
技术效果：
本发明提供了一种涂层防护性能多指标加权综合评价方法，通过优化建立融合老化、厚度损失和附着力下降率等新型评价指标体系，构造多指标加权求和模型，将多个指标转化为一个综合反映涂层防护性能好坏的评价值，对原始数据的利用较为充分，保证了涂层防护性能评价结论的准确性和可靠性，弥补了单指标评价方法的局限性，为涂层材料的优选和维修周期确定提供了有效的技术手段。
本发明将主观赋权法和客观赋权法集成应用于涂层防护性能评价指标的权重系数确定，采用“加法”集成原理，从逻辑上将两种赋权法有机结合起来，使评价指标的权重赋值同时体现了主观和客观信息，实现优势互补，提高了权重确定的科学性和合理性，同时增强了评价结论的可信度。
本发明为涂层防护性能评价领域提供了一种全新的评价方法，实际应用中，通过确定综合评价值F所处的分布区间，即可查询到涂层对应的数字等级和防护性能等级，为涂层材料优选、使用和维护提供准确、可靠的依据。其中，综合评价值F变化范围为0-5，当F→0，说明涂层防护性能优，当F→5，说明涂层防护性能差，已丧失对基体材料的保护作用。
本发明提供的涂层防护性能多指标加权综合评价方法，不仅提供了数字等级，还提供了防护性能等级，给出了对应的防护效果和失效信息，便于评价者做出决策，应用范围广。本发明提供的涂层防护性能评价设备大幅简化了评价工序，提高了工作效率，评价结果准确可靠。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，在此指出以下实施例不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域普通技术人员根据本发明的内容作出一些非本质的改进和调整，均在本发明保护范围内。
实施例1
本实施例中，以硫酸阳极化+TB06-9+TS70-60涂层体系为例，对涂层防护性能评价方法作详细说明。
涂层试验信息：采用涂覆硫酸阳极化+TB06-9+TS70-60多层涂层体系的矩形平板试样，持续开展海洋平台户外大气暴露试验，试验时间4年。
该涂层防护性能评价的具体步骤：
步骤1：根据涂层应用场合(海洋大气环境)，选定粉化、开裂、起泡、生锈、剥落、厚度损失和附着力这七项作为涂层防护性能评价指标，并获取选定的评价指标实测值；
步骤2：对步骤1中的评价指标进行无量纲化处理，具体是采用0-5级等级划分法，将评价指标实测值转化为指标评价值Xj，即将相关指标的实测值转化为该指标对应的等级，相关数据和转化结果见表4；其中，粉化、开裂、起泡、生锈、剥落按GB/T 1766-2008的相关规定进行0-5级等级划分；厚度损失、附着力下降率根据表1和表2的划分标准进行0-5级等级划分；
表4涂层评价指标的实测值和指标评价值Xj
步骤3：采用主观赋权法和客观赋权法计算每个评价指标的综合权重值：
主观赋权法：组织6位对该涂层防护性能熟悉的专家，对步骤1中确定的七个评价指标的权重进行估计，得到一组指标权重的平均估计值即主观权重值，见表5；
表5主观赋权法确定的评价指标主观权重值
评价指标 粉化 厚度损失 开裂 起泡 生锈 剥落 附着力
主观权重值 0.06 0.065 0.115 0.145 0.218 0.157 0.240
客观赋权法：选取四个试验周期的试验数据(分别是1年、2年、3年和4年)，按公式(Ⅰ)建立步骤1中每个评价指标的评价矩阵R，如下所示；
并计算每个评价指标的熵和权重，得到表6所示的一组指标权重值，即客观权重值βj；
表6客观赋权法确定的各指标客观权重值
性能指标 粉化 厚度损失 开裂 起泡 生锈 剥落 附着力
客观权重值 0.396 0.078 0 0 0 0 0.526
根据式(Ⅱ)求解每个评价指标的综合权重值；即将确定的主观权重值(表5中数据)和客观权重值(表6中数据)代入式(Ⅱ)计算，如粉化指标的综合权重值Wj＝k1ωj+k2βj＝1/2*0.06+1/2*0.396＝0.228，本实施例中K1、K2均取0.5，求得每个评价指标的综合权重值见表7；
表7各指标的综合权重值
评价指标 粉化 厚度损失 开裂 起泡 生锈 剥落 附着力
综合权重值 0.228 0.072 0.058 0.072 0.109 0.078 0.383
步骤4：根据步骤2中指标评价值Xj、步骤3中综合权重值Wj和式(Ⅲ)计算涂层防护性能的综合评价值F， 根据该涂层防护性能的综合评价值F和表3给出涂层防护性能评价涂层综合等级评定：查询表3，该涂层综合评价值处于2-3区间，对应综合等级3级，防护性能等级可，说明硫酸阳极化+TB06-9+TS70-60涂层体系经海洋平台户外暴露试验4年，涂层防护能力一般。
实施例2
一种涂层防护性能评价设备，包括计算机，计算机包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如下步骤：
步骤A：选定评价指标，输入评价指标实测值，计算机处理器接收输入的评价指标实测值后与数据库中的存贮数据比对，并输出指标评价值Xj；所述评价指标包括光泽、色差、粉化、开裂、起泡、生锈、剥落、厚度损失和/或附着力下降率；
所述数据库中的存贮数据包括表1、表2，GB/T 1766-2008中关于光泽、色差、粉化、开裂、起泡、生锈、剥落的等级划分标准，以及表3中涂层防护性能综合等级评定标准；
步骤B：输入主观权重值选定试验周期，执行式(Ⅰ)算法输出客观权重值βj，执行式(Ⅱ)算法输出综合权重值Wj，执行式(Ⅲ)算法输出综合评价值F；
主观权重值获取方法：组织r(r＝1,2,3…n)位对该涂层防护性能熟悉的专家，对步骤A中选定的评价指标权重进行估计，得到一组指标权重的平均估计值(j＝1,2,3…n)，即主观权重值；
步骤C：步骤B中综合评价值F与存贮数据中的涂层防护性能综合等级评定标准(即表3)比对，输出涂层防护性能评价结论；
综合评价值F和评价结论通过人机交互界面显示，如：综合评价值F＝0.24，F值分布区间：0≤F＜0.5，防护性能等级：优，防护能力：完好，综合等级：0级。
除特殊说明外，本发明所述涂层防护性能评价设备涉及到的算法为常规算法，涉及到的评价指标选项、试验周期选项、实验数据输入、存贮数据等模块的编程，输入、输出、显示等功能均为计算机领域的公知技术，可以通过常规编程手段实现。

Claims (5)

1.一种涂层防护性能综合评价方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：
步骤1：根据涂层应用场合或具体使用目的，选定光泽、色差、粉化、开裂、起泡、生锈、剥落、厚度损失和附着力下降率中的n项作为性能评价指标，并获取选定的评价指标实测值；其中，n取值为1、2、3、4、5、6、7、8或9；
步骤2：对步骤1中选定的评价指标进行无量纲化处理，具体是采用0-5级等级划分法，将评价指标实测值转化为指标评价值Xj；其中，光泽、色差、粉化、开裂、起泡、生锈、剥落按GB/T 1766-2008中相关规定进行等级划分，厚度损失、附着力下降率根据表1和表2进行等级划分；
表1 厚度损失等级
等级 厚度损失值％ 0 ≤5 1 >5-10 2 >10-20 3 >20-35 4 >35-50 5 >50
表2 附着力下降率等级
等级 附着力下降率％ 0 ≤5 1 >5-10 2 >10-25 3 >25-40 4 >40-60 5 >60
步骤3：采用主观赋权法和客观赋权法获取每个评价指标的综合权重值：
所述主观赋权法：组织r个对涂层防护性能熟悉的专家，对步骤1中确定的评价指标的权重进行估计，得到一组评价指标的主观权重值
所述客观赋权法：对步骤1中选定的每个评价指标样本构建评价矩阵R式(Ⅰ)，并计算每个评价指标的熵和权重，得到一组评价指标的客观权重值βj；
式中，m为样本数量，R为指标评价矩阵；
根据式(Ⅱ)求解得到每个评价指标的综合权重值Wj；
Wj＝k1ωj+k2βj…………………………………………………(Ⅱ)
式中，K1、K2为比例系数，且K1+K2＝1；
步骤4：根据步骤2中指标评价值Xj、步骤3中综合权重值Wj和式(Ⅲ)计算涂层防护性能的综合评价值F，
表3 涂层防护性能综合等级评定
根据涂层防护性能的综合评价值F和表3给出涂层防护性能评价结论。
2.根据权利要求1所述的涂层防护性能综合评价方法，其特征在于：所述步骤3中，K1取值范围为0.5-1，K2取值范围为0-0.5。
3.一种涂层防护性能评价设备，包括计算机，计算机包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如下步骤：
步骤A：选定评价指标，输入评价指标实测值，计算机处理器接收输入的评价指标实测值后与存贮数据比对，并输出指标评价值Xj；所述评价指标包括光泽、色差、粉化、开裂、起泡、生锈、剥落、厚度损失和/或附着力下降率；
所述存贮数据包括表4、表5，GB/T 1766-2008中关于光泽、色差、粉化、开裂、起泡、生锈、剥落的等级划分标准，以及表6中涂层防护性能综合等级评定标准；
表4 厚度损失等级
等级 厚度损失值％ 0 ≤5 1 >5-10 2 >10-20 3 >20-35 4 >35-50 5 >50
表5 附着力下降率等级
等级 附着力下降率％ 0 ≤5 1 >5-10 2 >10-25 3 >25-40 4 >40-60 5 >60
表6 涂层防护性能综合等级评定标准
步骤B：输入主观权重值选定试验周期，执行式(Ⅳ)算法输出客观权重值βj，执行式(Ⅴ)算法输出综合权重值Wj，执行式(Ⅵ)算法输出综合评价值F；
式中，m为样本数量，R为指标评价矩阵；
Wj＝k1ωj+k2βj…………………………………………………(Ⅴ)
式中，K1、K2为比例系数，K1取值范围为0.5-1，K2取值范围为0-0.5，且K1+K2＝1；
步骤C：步骤B中综合评价值F与存贮数据中的涂层防护性能综合等级评定标准比对，输出涂层防护性能评价结论。
4.根据权利要求3所述的涂层防护性能评价设备，其特征在于：所述评价指标由光泽、色差、粉化、开裂、起泡、生锈、剥落、厚度损失和附着力下降率构成。
5.根据权利要求3所述的涂层防护性能评价设备，其特征在于：所述评价指标由粉化、开裂、起泡、生锈、剥落、厚度损失和附着力下降率构成。
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