涂鍍層測(cè)厚儀多種測(cè)量方法及原理分享

我們?cè)趯?duì)材料表面保護(hù)、裝飾形成的覆蓋層，如涂層、鍍層、敷層、貼層、化學(xué)生成膜等，在有關(guān)國(guó)家和標(biāo)準(zhǔn)中稱為覆層或涂層。涂層和覆層測(cè)量已成為加工工業(yè)、表面工程質(zhì)量檢測(cè)的重要一環(huán)，是產(chǎn)品達(dá)到優(yōu)等質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的*手段。為使產(chǎn)品化，我國(guó)出口商品和涉外項(xiàng)目中，對(duì)涂鍍層測(cè)厚儀厚度測(cè)量有了明確的要求和規(guī)定。
涂鍍層測(cè)厚儀的測(cè)量方法主要有：楔切法涂層測(cè)量，光截法涂層測(cè)量，電解法涂層測(cè)量，厚度差測(cè)量法，稱重法涂層測(cè)量，χ射線熒光法涂層測(cè)量，β射線反向散射法涂層測(cè)量，電容法涂層測(cè)量，磁性測(cè)量法和渦流測(cè)量法測(cè)量厚度等。這些方法中前五種是有損檢測(cè)，測(cè)量手段繁瑣，速度慢，多適用于抽樣檢驗(yàn)。
隨著科學(xué)技術(shù)的日益進(jìn)步，特別是近年來(lái)，我單位引入單片微機(jī)技術(shù)后，采用磁性測(cè)量涂層的LYT系列和渦流法的LW系列的涂層測(cè)厚儀向微型、智能、多功能、高精度、實(shí)用化的方向進(jìn)了一大步。測(cè)量的分辨率已達(dá)1微米，精度可達(dá)1%，有了大幅度的提高。涂層測(cè)厚儀適用范圍廣、量程寬、操作簡(jiǎn)便且價(jià)廉，是工業(yè)和科研使用廣泛的涂層測(cè)厚儀器。
測(cè)量原理
一、磁吸引力測(cè)量原理及涂層測(cè)厚儀
*探頭與導(dǎo)磁鋼材之間的吸力大小與處在這兩者之間的距離成一定比例關(guān)系。這個(gè)距離就是涂層的厚度。根據(jù)這一原理制成涂層測(cè)厚儀，只要涂層與基體的導(dǎo)磁率之間足夠大，就可進(jìn)行涂層測(cè)量。鑒于大多數(shù)工業(yè)品采用結(jié)構(gòu)鋼和熱軋冷軋鋼板沖壓成型，所以磁性測(cè)厚儀應(yīng)用zui廣。涂層測(cè)厚儀基本結(jié)構(gòu)由磁鋼，接力簧，標(biāo)尺及自動(dòng)停機(jī)構(gòu)組成。磁鋼與被測(cè)物吸合后，將測(cè)量簧在其后逐漸拉長(zhǎng)，拉力逐漸增大。當(dāng)拉力剛好大于吸引力，磁鋼脫離的一瞬間記錄下拉力的大小即可獲得涂層厚度。這種儀器的特點(diǎn)是操作簡(jiǎn)便、堅(jiān)固耐用、不用電源，測(cè)量前無(wú)須校準(zhǔn)，價(jià)格比較低，很適合車間做現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制。
二、磁感應(yīng)法測(cè)量涂層的原理
采用磁感應(yīng)原理測(cè)量涂層時(shí)，利用探頭經(jīng)過(guò)非鐵磁涂層而流入鐵磁基體的磁通的大小，來(lái)測(cè)定涂層厚度。也可以測(cè)定與之對(duì)應(yīng)的磁阻大小，來(lái)表示其涂層覆層厚度。涂層越厚，則磁阻越大，磁通越小。利用磁感應(yīng)的涂層測(cè)厚儀，原則上可以有導(dǎo)磁基體上的非導(dǎo)磁涂層厚度。一般要求基體導(dǎo)磁率在500以上。如果涂層材料也有磁性，則要求與基體的導(dǎo)磁率之間的差足夠大（如鋼上鍍鎳）。當(dāng)軟芯上繞著線圈的探頭放在被測(cè)樣片上時(shí)，涂層測(cè)厚儀自動(dòng)輸出測(cè)試電流或測(cè)試信號(hào)。早期的產(chǎn)品采用指針式表頭，測(cè)量感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，涂層測(cè)厚儀將該信號(hào)放大后來(lái)指示涂層厚度。近幾年來(lái)采用了專業(yè)設(shè)計(jì)的集成電路，引入單片微機(jī)，增加先進(jìn)的工具，使測(cè)量精度和重現(xiàn)性有了大幅度的提高。磁性原理涂層測(cè)厚儀可應(yīng)用來(lái)測(cè)量鋼鐵表面的油漆層，瓷、搪瓷防護(hù)層，塑料、橡膠涂層，以及化工石油業(yè)的各種防腐涂層的厚度。
三、涂鍍層測(cè)厚儀電渦流測(cè)量原理
高頻交流信號(hào)在探頭線圈中產(chǎn)生電磁場(chǎng)，探頭靠近導(dǎo)體時(shí)，就在其中形成渦流。探頭離導(dǎo)電基體愈近，則渦流愈大，反射阻抗也愈大。這個(gè)反饋?zhàn)饔昧勘碚髁颂筋^與導(dǎo)電基體之間距離的大小，也就是導(dǎo)電基體上非導(dǎo)電涂層厚度的大小。由于這類涂層測(cè)厚儀探頭專門(mén)測(cè)量非鐵磁金屬基體上的涂層厚度，所以通常稱為非磁性探頭。非磁性探頭采用高頻材料做線圈芯。與磁感應(yīng)原理比較，主要區(qū)別是涂層測(cè)厚儀探頭不同，信號(hào)頻率不同，信號(hào)的大小、標(biāo)度關(guān)系不同。采用電渦流原理的涂層測(cè)厚儀，原則上對(duì)所有導(dǎo)電基體上的非導(dǎo)電涂層均可測(cè)量，如航天航空器表面、車輛、家電、鋁合金門(mén)窗及其它鋁制品表面的漆，塑料涂層及陽(yáng)極氧化膜。涂層材料有一定的導(dǎo)電性，通過(guò)校準(zhǔn)同樣也可測(cè)量，但要求兩者導(dǎo)電率之比至少相差3-5倍。雖然鋼鐵基體亦為導(dǎo)體，但這類任務(wù)還是采用磁性原理測(cè)量涂層厚度較為合適。
影響涂層測(cè)厚儀測(cè)量的若干因素。磁性法測(cè)量厚度受基體金屬性變化的影響（在實(shí)際應(yīng)用中，低碳鋼磁性的變化可認(rèn)為是輕微的），為了避免熱處理和冷加工因素的影響，應(yīng)使用與試件基體金屬具有相同性質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)片對(duì)儀器進(jìn)行校準(zhǔn)；基體金屬的電導(dǎo)率對(duì)測(cè)量有影響，而基體金屬的電導(dǎo)率與其材料成份及熱處理方法有關(guān)。使用與試件基體金屬具有相同性質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)片對(duì)儀器進(jìn)行校準(zhǔn)；每一種儀器都有一個(gè)臨界厚度，大于這個(gè)厚度，測(cè)量就不受基體金屬厚度的影響；對(duì)試件表面形狀的陡變敏感，因此在靠近試件邊緣或內(nèi)轉(zhuǎn)角處進(jìn)行測(cè)量是不可靠的；試件的曲率對(duì)測(cè)量有影響，隨著曲率半徑的減少明顯地增大，因此，在彎曲試件的表面上測(cè)量也是不可靠的；探頭會(huì)使軟涂層試件變形，因此在這些試件上測(cè)不出可靠的數(shù)據(jù)；基體金屬和涂層的表面粗糙度對(duì)測(cè)量有影響。
粗糙度增大，影響增大，粗糙表面會(huì)引起系統(tǒng)誤差和偶然誤差，每次測(cè)量時(shí)，在不同的位置上應(yīng)增加測(cè)量的次數(shù)，以克服這種偶然誤差。如果基體上基體金屬粗糙，還必須在未涂的粗糙度相類似的基體金屬試件上取幾個(gè)位置校對(duì)儀器的零點(diǎn)，或用對(duì)基體金屬?zèng)]有腐蝕的溶液溶解去除涂層后，再校對(duì)儀器的零點(diǎn)；周圍各種電氣設(shè)備所產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng)，會(huì)嚴(yán)重干擾磁性測(cè)厚工作；那些妨礙探頭與涂層表面緊密接觸的附著物質(zhì)，必須清除，在測(cè)量中，要保持壓力恒定，探頭與試件表面保持垂直，才能達(dá)到的測(cè)量。