obrKaždý technický výrobek disponuje souborem vlastností, které jej předurčují k použití v různých podmínkách, s různou intenzitou zátěže a po různou dobu. Tyto atributy obecně označujeme jako tvrdé kvalitativní parametry. Vedle těchto vlastností bývají obvykle výrobky hodnoceny i na základě dalších parametrů, jako např. exklusivnost návrhu a provedení, nebo vizuálně estetické vlastnosti.
Součástí návrhu a provedení výrobku jsou takřka vždy i povrchové ochrany a úpravy, které se významně podílejí na celkové úrovni, kvalitě a užitných vlastnostech výrobku.
Stejně tak, jako vše, co ovlivňuje výslednou kvalitu, i povrchové úpravy a ochrany bývají zpravidla součástí ověřování a hodnocení, jejichž cílem je nejen stanovit kvalitu povrchové úpravy jako takové, ale i ověřit vhodnost návrhu pro konkrétní případ, nebo určit kvalitu jejího zhotovení.
V tomto článku jsou uvedeny základní přístupy ke zkoušení a hodnocení povrchových úprav a ochran, se kterými se lze v praxi setkat.

Zkoušení vs. hodnocení
Oba tyto termíny mnohdy splývají a jsou nesprávně používány jako významově identické. Přesto každý z těchto termínů má zcela jiný význam. Je to dáno mj. i specifiky ověřování povrchových úprav a ochran, které se dominantně vytvářejí z důvodu zvýšení odolnosti základního konstrukčního materiálu proti vnějším vlivům prostředí. Zkoušení je proto asi nejčastěji zaměřeno na hodnocení odolnosti povrchových úprav, resp. celého chráněného systému, při působení vnějších vlivů. Nejčastěji se jedná o vlivy klimatické (teplota, vlhkost, UV záření, písek, prach, apod.), korozní a chemické (zejména vlivy korozních stimulantů atmosféry), či biologické (např. růst plísní).
Samotnými zkouškami, ve smyslu mnoha existujících standardů a norem, je pak míněn postup, kdy je výrobek či vzorek a příslušnou povrchovou úpravou vystaven působení těchto vlivů, zpravidla koncentrovanému, a to s přesně definovanými parametry a po určitou dobu.
Naproti tomu hodnocení je třeba chápat jako sledování konkrétních jakostních parametrů povrchových úprav. Hodnocení může být prováděno buď nezávisle na zkoušení povrchových úprav a ochran, kdy zjišťujeme typické parametry povrchové úpravy, anebo právě i v kombinaci pro prováděnými zkouškami, kdy se zjišťuje vliv působení nějakého vnějšího činitele či více vnějších činitelů na změnu hodnocených jakostních ukazatelů.
Souhrnně lze tedy zkouškou nazvat proces vystavení povrchové úpravy nějakým podmínkám, hodnocením pak proces zjišťování kvalitativních ukazatelů. Tyto dva procesy pak společně tvoří proces ověřování.
V praxi se lze často setkat se situací, kdy je vyžadováno provedení zkoušky a hodnocení povrchové úpravy, avšak nejsou předem dána kritéria přijatelnosti. Tato skutečnost nemusí být na závadu v případě, kdy jsou zkoušky a související hodnocení prováděny jako porovnávací, např. s více typy povrchových úprav nebo jejich variant, s cílem vybrat tu s nejlepšími vlastnostmi. Tam, kde je ale ověřování prováděno z důvodu posouzení, zda má povrchová úprava požadované parametry, by kritéria přijatelnosti měly být určeny vždy.

Způsoby provedení zkoušek povrchových úprav a ochran
Způsoby provádění zkoušek povrchových úprav a ochran lze členit dle mnoha hledisek. Jedním z nich je – v jaké fázi životního cyklu jsou zkoušky (případně ověřování) prováděny. Toto rozdělení lze shrnout následujícím způsobem:

1 – zkoušky prováděné ve stádiu vývojově-inovačního procesu samotné povrchové úpravy či technologie její přípravy,
2 – zkoušky prováděné ve stádiu návrhu a vývoje výrobku (vhodnost návrhu z hlediska požadavků zadání, kompatibilita s materiály),
3 – stádium ověřování a schvalování výrobku (vhodnost volby, technologická proveditelnost, schvalovací, certifikační, homologační, typové a další zkoušky),
4 – kontrola kvality výroby (periodické vzorkování a kusové zkoušky),
5 – dodatečné analýzy a zkoušky v průběhu (periodické prohlídky a opravy) a po ukončení životnosti (zpětná vazba pro konstruktéry, technology, výrobce povrchových úprav a ochran).

Jiný způsob rozdělení již směřuje k způsobu provádění samotných zkoušek. Principiálně je možno zkoušky realizovat:
a) Přímo za provozu na reálných výrobcích. Výhody – reálnost působení vnějších vlivů prostředí. Nevýhody – velmi dlouhodobé, finančně nákladné, nízká míra reprodukovatelnosti (výsledky platné jen pro danou lokalitu a období), možné ohrožení funkce či bezpečnosti v důsledku neznalosti vlastností testované povrchové úpravy či ochrany.
b) Na povětrnostních stanicích. Zpravidla jsou vzorky s povrchovými úpravami exponovány ve speciálních stojanech na povětrnostních stanicích, kde jsou po relativně dlouhou dobu vystaveny účinkům reálného klimatu. Stojany jsou obvykle skloněny a směrově orientovány ke slunci, aby byly vzorky vystaveny co možná nejintenzivnějšímu působení všech dominantních vlivů prostředí, včetně slunečního záření. I když je tento způsob testování popsán mnoha standardy, trpí řadou nevýhod, včetně nízké míry reprodukovatelnosti (výsledky jsou platné jen pro danou lokalitu a období), značné dlouhodobosti i finanční náročnosti, zahrnující například i potřebu udržování povětrnostní stanice, stojanů, dlouhodobé sledování počasí, apod. Naopak, k přednostem patří reálnost působení vnějších vlivů prostředí.
c) Prostřednictvím urychlených, zpravidla laboratorních zkoušek. Výhody – relativně krátké a cenově dostupné testy; reprodukovatelnost zkoušek; standardizace metodik a postupů. Nevýhody – simulace reálných podmínek; testuje se obvykle jeden či několik málo vlivů (ne všechny společně a reálně se vyskytující v praxi); problematické stanovování korelací vzhledem k životnosti.
Z praktických důvodů bývá nejčastěji využíván způsob zkoušení prostřednictvím urychlených laboratorních zkoušek, a to i přes některé nevýhody, které tento způsob má. Kombinace získání výsledků v relativně krátké době za přijatelné náklady a poměrně vysoká penetrace pracovišť schopných realizovat tyto zkoušky však tento způsob jednoznačně upřednostňují před zbylými způsoby ověřování.

Nejdůležitější typy zkoušek povrchových úprav a ochran
Kdo se již někdy setkal s potřebou či prováděním zkoušek povrchových úprav, zná pravděpodobně asi nejčastěji používanou korozní zkoušku v solné mlze. Zkoušek povrchových úprav a ochran však existuje velmi velké množství, lišící se jak dominantními vlivy, na jejichž odolnost se povrchové úpravy testují, tak i způsobem provedení, nastavením parametrů zkoušky, kombinací nejrůznějších režimů zkoušek, nebo ji různými vzájemnými kombinacemi všeho dohromady. K velkému množství metod dále přispívá i existence obdobných, přesto mírně odlišných metod, lišících se v různých standardizačních systémech a řadách norem. Není v možnostech tohoto příspěvku věnovat se všem možným testům, proto jdou dále uvedeny pouze ty nejdůležitější typy zkoušek.

Korozní zkoušky
Schopnost poskytovat základnímu materiálu zvýšenou odolnost proti korozi patří mezi nejdůležitější a nejčastější důvody použití povrchových úprav. V průběhu doby se postupně zavedly, a dnes patří k nejfrekventovanějším, zejména následující zkoušky:
- korozní testy v solné mlze,
- kondenzační testy v čisté atmosféře,
- kondenzační testy v atmosféře za přítomnosti oxidu siřičitého,
- kombinované cyklické zkoušky.

U všech těchto zkoušek existuje více variant jejich provedení. Následující popis proto nemůže být ani zdaleka vyčerpávající.
Kondenzační zkoušky v čisté atmosféře patří k těm nejjednodušším. Jsou založeny na expozici výrobku či vzorku v prostředí se zvýšenou teplotou (nejčastěji +38 °C, nebo +40 °C) a s vysokou, takřka 100-procentní relativní vlhkostí. To představuje prostředí se zvýšenou korozní agresivitou, vhodné pro relativně méně náročné korozní testy (např. systémů dočasných ochran, nátěry, či jiné povrchové úpravy a ochrany). Zkouška je popsána například v EN ISO 6270-1.
Tam, kde je potřeba korozně agresivnější prostředí, nebo tam, kde je třeba prověřit odolnost povrchových úprav a ochran v tzv. „průmyslovém typu atmosféry“, bývají používány kondenzační testy v atmosféře obsahující oxid siřičitý. Ten je do korozní komory přiváděn v plynném stavu zpravidla jednou za 24 hodin. Zkouška je více popsána např. v ISO 6988. Tento test je již výrazně přísnější než zkouška v čisté kondenzační atmosféře a používá se pro hodnocení korozní odolnosti materiálů i povrchových úprav různého typu, včetně nátěrů či galvanických povlaků.
Korozní zkouškou, která patří jednoznačně k nejpoužívanějším a zároveň tvoří určitý standard v oblasti korozních testů, je zkouška solnou mlhou. Její počátky sahají až do roku 1914, nicméně samotná zkouška byla formalizována až v roce 1939 standardem ASTM B117. V tuzemsku se v současnosti asi nejvíce používá technicky ekvivalentní postup podle EN ISO 9227. Principem je expozice zkoušeného dílu v uzavřeném zkušebním prostoru, kde je za pomoci speciální trysky kontinuálně atomizován roztok NaCl v demi vodě, a tak je vytvářen velmi jemný aerosol (solná mlha). Definována je teplota prostředí (+35 ± 2 °C), koncentrace NaCl (zpravidla 50 ± 5 g. l-1), či hodnota pH v nahromaděném roztoku (6,5 až 7,2). Množství atomizované solanky je spjato s parametrem tzv. spadů – tedy průměrného množství nahromaděné rozprašované mlhy na vodorovné sběrné ploše o velikosti 80 cm2, která by se měla pohybovat v rozmezí 1 až 2 ml.h-1. . Existují i jiné varianty této zkoušky, lišící se jinou koncentrací nebo chemickým složením solanky, teplotou, hodnotou pH, apod.
Základním typem výše uváděných testů je jejich forma s kontinuálním režimem, v rámci kterého zůstávají veškeré parametry zkoušky nezměněné po celou dobu expozice zkoušeného dílu. V posledních letech, se zejména v souvislosti s rozvojem automobilového průmyslu v ČR, zintenzivnila poptávka i po dalších typech korozních zkoušek. Jedná se zejména o kombinované cyklické testy podle zákaznických specifikací, nebo norem jednotlivých automobilek, v některých případech i testy standardizované v obecně platných normách (např. ASTM G85 a jiné). Tyto zkoušky v principu vycházejí z uvedených postupů, kombinují ale různé režimy zkoušky, jako například vysoušení, kondenzace, aklimatizace, sprejování, apod. a mohou také využívat jiné typy korozních stimulantů (jako např. mořskou vodu u testů SWAAT – Sea Water Acetic Acid Test). V některých případech jsou vyžadovány ještě mnohem komplikovanější zkušební postupy, které kombinují různé cyklické korozní zkoušky s dalšími testy, nejčastěji s vlhkostně-teplotními cykly. Tyto metodiky již vyžadují velmi speciální zkušební zařízení, případně kombinace více zkušebních zařízení.

Klimatické zkoušky
Klimatické zkoušky zahrnují mnoho velmi různých typů zkoušek, z nichž mezi nejvýznamnější patří zkoušky teplotní (chlad, vysoká teplota) a teplotní změny (pozvolné či šokové), zkoušky teplotně vlhkostní (konstantní i cyklické), zkoušky odolnosti proti simulovanému slunečnímu nebo UV záření, zkoušky prachem, pískem, ozonem a mnohé další. I když se může na první pohled zdát, že tyto vlivy nemusí mít takový význam, jako v případě korozních zkoušek, není na místě je podceňovat.
V případě teplotních testů může například velmi snadno dojít k překročení limitní teploty použitelnosti povlaku (např. konverzní vrstvy, nebo organického povlaku), jeho degradaci a povrchová úprava pak nemůže poskytovat takové vlastnosti, které jsou od ní očekávány. Může též dojít například k dehydrataci povlaku, k následnému vzniku trhlinek a prasklin v jeho struktuře a následně opět ke ztrátě ochranné účinnosti. Ke stejnému efektu může vést i expozice povlaku šokovými teplotními změnami. U organických materiálů, typicky tedy nátěrových hmot, může dojít k změnám a zrychlenému stárnutí např. v důsledku slunečního, resp. UV záření, nebo vlivem přítomnosti ozonu. Výsledkem pak může být změna barevného odstínu, lesku, nebo jiných vlastností.
Popis jednotlivých zkoušek je nad rámec možností tohoto článku. V případě zkoušení povrchových úprav a ochran je však vždy nutno zvažovat jejich smysluplnost, neboť mnohé vlastnosti nelze ověřit pouze samotnými korozními zkouškami, ale je nutno kombinovat klimatické a korozní zkoušky do vhodně zvolených zkušebních metodik.

obr1

Hodnocení parametrů povrchových úprav
Jedna strana mince je vystavení povrchových úprav nějakému typu namáhání v rámci prováděné zkoušky, druhou stranou je ale zjištění, zdali v důsledku této expozice nedošlo u povrchové úpravy či ochrany k nějakým změnám a případně tyto změny kvantifikovat. V případě povrchových úprav a ochran se na prvním místě jistě nabízí hodnocení protikorozní odolnosti povlaků či ochranných systémů. Dle potřebnosti se ale používá hodnocení mnoha dalších parametrů. Metody hodnocení se mohou velmi výrazně lišit jak v závislosti na typu povrchové úpravy, principech hodnocení a použitém vybavení. Z obecného hlediska lze za nejčastěji hodnocené parametry považovat zejména:
- tloušťku povrchové úpravy,
- složení povlaku,
- korozní odolnost,
- teplotní odolnost,
- pórovitost,
- přilnavost,
- tvrdost,
- elektrickou vodivost,
- součinitel tření,
- otěruvzdornost,
- barevný odstín,
- lesk,
- míru navodíkování,
- vliv na mechanické vlastnosti (např. na únavovou životnost),
- speciální, jako napřáklad ohybem, hloubením,
- ...

Pro většinu hodnocení existují v současnosti normalizované postupy tak, aby byly zajištěny správné podmínky a vysoká míra reprodukovatelnosti hodnocení.
U povrchových úprav je velmi důležitým parametrem tloušťka povlaku. To souvisí se skutečností, že tloušťka povlaku má, společně s pórovitostí, významný vliv na jeden z dominantních ochranných mechanizmů, a to na bariérový mechanizmus ochrany základního materiálu. Zároveň je nutno kontrolovat a dodržovat nejen minimální, ale často i maximální předepsané tloušťky povlaků, ať už s ohledem na časovou a finanční efektivnost tvorby povrchové úpravy, tak i např. s ohledem na požadavky na lícování strojních součástí.
Metody pro zjišťování tlouštěk povrchových úprav a ochran mohou být – v závislosti na možném porušení povrchové úpravy – destruktivní i nedestruktivní. Pro různé typy povlaků je nutno vždy vybrat vhodný typ metody, neboť ne všechny metody jsou použitelné pro všechny typy povlaků. K nejvíce využívaným metodám ale patří z nedestruktivních metod metody magnetická, vířivé proudy, rentgeno-spektrometrická, či metoda zpětného rozptylu záření beta. Z destruktivních metod se používají zejména metody mikroskopická, coulometrická, nebo vážková metoda. Přehled vhodných metod pro měření tlouštěk povlaků je uveden v EN ISO 3883 a EN ISO 2808.
Velmi běžné bývá hodnocení korozní odolnosti, které je často spjato s provedením některého typu korozní zkoušky. Samotné hodnocení může probíhat před, v průběhu, nebo až po ukončení expozice. Způsob hodnocení závisí v mnohém na typu povrchové úpravy. Hodnotí se vznik a existence korozního poškození, jeho typ (např. bodové, rovnoměrné, lokální, apod.), rozsah (např. v procentech plochy, nebo velikost korozních bodů, apod.). Jiným způsobem hodnocení může být vyjádření doby korozní odolnosti v hodinách expozice v daném prostředí zkoušky (např. počet hodin do vzniku koroze povlaku, koroze základního materiálu, apod.). V případě nátěrů a nátěrových systémů může být hodnocena míra zpuchýřkování, velikost puchýřků a jejich četnost, podkorodování, rozsah delaminace, aj. V naprosté většině případů probíhá toto hodnocení vizuálně, přičemž lze využít i obrazové vzory v různých normách a standardech (např. EN ISO 4628-x).
Pokud mají povrchové úpravy/povlaky plnit svou ochranou, nebo další, funkci, musí pevně lpět na základním konstrukčním materiálu, nebo předchozí úpravě. Z tohoto důvodu se v praxi hodnotí i adheze povlaků, ať už samostatně, nebo v kombinaci s prováděním jiných zkoušek. Metody se opět výrazně liší podle toho, o jaký typ povlaku se jedná. Pro elektrolyticky a chemicky vylučované povlaky se nejvíce používají metody pilováním, leštěním, kuličkováním, odtržením, zkouška dlátem, ohybem a další metody popsané např. v ISO 2819. Pro povrchové úpravy nátěry se nejvíce používá tzv. mřížkový test (například dle EN ISO 2409), spočívající ve vytvoření řezů skrz nátěr ve tvaru mřížky (vzdálenost řezů se volí dle celkové tloušťky nátěru), odstranění uvolněného nátěru v oblasti řezů a následném vyhodnocení dle rozsahu odstraněného nátěru. Jiným způsobem je odtrhový test (např. dle EN ISO 4624), který je založen na stanovení síly potřebné k odtržení přilepeného zkušebního tělíska na povrch nátěru. Používají se i další postupy, založené na ohybu vzorku s povlakem přes válcový či kónický trn za běžných teplot, nebo po zmrazení vzorku, postupy založené na hloubení, a další.
V některých případech mohou být významné i další vlastnosti povlaků, např. tvrdost. Pro stanovení lze využít řady vhodných mikrotvrdoměrů, založených na principu zpravidla mikroskopického hodnocení rozsahu vtisku zkušebního tělíska do povlaku. Existují i některé další, speciální postupy, určené pro použití na vhodných typech vrstev. Příkladem může být jednoduchá zkouška tužkami pro nátěry (např. EN ISO 15184), jejíž princip spočívá v určení tvrdosti tuhy z odstupňované sady, která je pod úhlem 45° definovanou silou tlačena po povrchu a která ještě nezpůsobí viditelné defekty povrchu.
Specifickou oblastí je hodnocení vizuálně dekorativních parametrů, zejména barevného odstínu a lesku. Pro oblast hodnocení barevného odstínu patří k nejjednodušším způsobům vizuální hodnocení a porovnávání například s etalony či barevnými vzorkovnicemi. Hodnocení by mělo probíhat za definovaných podmínek, daných jak celkovou intenzitou osvětlení, tak i typem použitého světla a měly by být vyloučeny vlivy jiných světelných zdrojů. V praxi se proto používají různé typy osvětlovacích boxů, které tyto podmínky dokážou z velké části zajistit. Stále častěji se dnes využívá způsobu popisu barvy dle třírozměrného barevného prostoru CIE1976, kde je možno pomocí třech koordinátů L*, a*, b* definovat libovolný barevný odstín. Parametr L* určuje rozsah od černé po bílou, a* od zelené po červenou a b* od modré pod žlutou. Změna barevného odstínu je pak vyjadřována posunem pozice v barevném prostoru a je označována jako ΔE. V praxi se pro měření používají ruční přístroje spektral fotometry nebo kolorimetry, které umožňují přímo stanovovat trichromatické složky, nebo parametry L*, a*, b*.
Lesk lze jednoduše popsat jako poměr mezi intenzitou dopadajícího a odraženého světelného záření určitého spektra od sledovaného povrchu. Hodnocení lesku je možno provádět opět jednoduchým, vizuálním způsobem porovnáním se stupnicí, avšak dnes je běžným způsobem pro měření zrcadlové odrazivosti využití leskoměrů různých typů, které hodnocení provedou plně automaticky. Liší se zejména geometrií osvitu a měření (úhel dopadu bývá zpravidla 60°, pro přesnější hodnocení vysokých či nízkých hodnot lesku je možno použít i jiné úhly, např. 20° nebo 85°).

Závěrem
Tento článek není možno považovat za vyčerpávající popis možností a metod zkoušek a hodnocení povrchových úprav a ochran. Způsobů používaných zkoušek a hodnocení existuje velmi značné množství a nelze je jednoduše sumarizovat. Konkrétní typy povrchových úprav a jejich aplikace si mohou vyžádat zcela jiné přístupy ke zkoušení a hodnocení. Uvedené metody ale patří k těm nejběžnějším, se kterými se lze v průmyslové praxi shledat.

TEXT Ing. Miroslav Valeš, Ph. D., Výzkumný a zkušební letecký ústav FOTO archív redakce