涂層測厚儀測量原理及分類

閱讀：3784發(fā)布時間：2010-12-1

對材料表面起保護，裝飾作用的覆蓋層，如涂層，鍍層，敷層，貼層，化學生成膜等，在一些國家和標準中稱為覆層（coating）。

覆層厚度測量已成為加工工業(yè)、表面工程質量檢測的重要環(huán)節(jié)，是產品達到優(yōu)等質量標準的必要手段。為使產品化，我國出口商品和涉外項目中，對覆層厚度有了明確要求。

覆層厚度的測量方法主要有：楔切法，光截法，電解法，厚度差測量法，稱重法，X射線熒光法，β射線反向散射法，電容法、磁性測量法及渦流測量法等等。這些方法中前五種是有損檢測，測量手段繁瑣，速度慢，多適用于抽樣檢驗。

X射線和β射線法是無接觸無損測量，但裝置復雜昂貴，測量范圍較小。因有放射源，使用者必須遵守射線防護規(guī)范。X射線法可測極薄鍍層、雙鍍層、合金鍍層。β射線法適合鍍層和底材原子序號大于3的鍍層測量。電容法僅在薄導電體的絕緣覆層測厚時采用。

    隨著技術的日益進步，特別是近年來引入微機技術后，采用磁性法和渦流法的測厚儀向微型、智能、多功能、高精度、實用化的方向進了一步。測量的分辨率已達0.1微米，精度可達到1%，有了大幅度的提高。它適用范圍廣，量程寬、操作簡便且價廉，是工業(yè)和科研使用zui廣泛的測厚儀器。
    采用無損方法既不破壞覆層也不破壞基材，檢測速度快，能使大量的檢測工作經(jīng)濟地進行。
一．磁吸力測量原理及測厚儀
    *磁鐵（測頭）與導磁鋼材之間的吸力大小與處于這兩者之間的距離成一定比例關系，這個距離就是覆層的厚度。利用這一原理制成測厚儀，只要覆層與基材的導磁率之差足夠大，就可進行測量。鑒于大多數(shù)工業(yè)品采用結構鋼和熱軋冷軋鋼板沖壓成型，所以磁性測厚儀應用zui廣。測厚儀基本結構由磁鋼，接力簧，標尺及自停機構組成。磁鋼與被測物吸合后，將測量簧在其后逐漸拉長，拉力逐漸增大。當拉力剛好大于吸力，磁鋼脫離的一瞬間記錄下拉力的大小即可獲得覆層厚度。新型的產品可以自動完成這一記錄過程。不同的型號有不同的量程與適用場合。
這種儀器的特點是操作簡便、堅固耐用、不用電源，測量前無須校準，價格也較低，很適合車間做現(xiàn)場質量控制。

二．磁感應測量原理
采用磁感應原理時，利用從測頭經(jīng)過非鐵磁覆層而流入鐵磁基體的磁通的大小，來測定覆層厚度。也可以測定與之對應的磁阻的大小，來表示其覆層厚度。覆層越厚，則磁阻越大，磁通越小。利用磁感應原理的測厚儀，原則上可以有導磁基體上的非導磁覆層厚度。一般要求基材導磁率在500以上。如果覆層材料也有磁性，則要求與基材的導磁率之差足夠大（如鋼上鍍鎳）。當軟芯上繞著線圈的測頭放在被測樣本上時，儀器自動輸出測試電流或測試信號。早期的產品采用指針式表頭，測量感應電動勢的大小，儀器將該信號放大后來指示覆層厚度。近年來的電路設計引入穩(wěn)頻、鎖相、溫度補償?shù)鹊匦录夹g，利用磁阻來調制測量信號。還采用設計的集成電路，引入微機，使測量精度和重現(xiàn)性有了大幅度的提高（幾乎達一個數(shù)量級）?，F(xiàn)代的磁感應測厚儀，分辨率達磁感應測厚儀_電渦流測量原理_磁吸力測量原理及測厚儀_電渦流原理的測厚儀到0.1um，允許誤差達1%，量程達10mm。
磁性原理測厚儀可應用來測量鋼鐵表面的油漆層，瓷、搪瓷防護層，塑料、橡膠覆層，包括鎳鉻在內的各種有色金屬電鍍層，以及化工石油待業(yè)的各種防腐涂層。

三．電渦流測量原理
高頻交流信號在測頭線圈中產生電磁場，測頭靠近導體時，就在其中形成渦流。測頭離導電基體愈近，則渦流愈大，反射阻抗也愈大。這個反饋作用量表征了測頭與導電基體之間距離的大小，也就是導電基體上非導電覆層厚度的大小。由于這類測頭專門測量非鐵磁金屬基材上的覆層厚度，所以通常稱之為非磁性測頭。非磁性測頭采用高頻材料做線圈鐵芯，例如鉑鎳合金或其它新材料。與磁感應原理比較，主要區(qū)別是測頭不同，信號的頻率不同，信號的大小、標度關系不同。與磁感應測厚儀一樣，渦流測厚儀也達到了分辨率0.1um，允許誤差1%，量程10mm的高水平。
采用電渦流原理的測厚儀，原則上對所有導電體上的非導電體覆層均可測量，如航天航空器表面、車輛、家電、鋁合金門窗及其它鋁制品表面的漆，塑料涂層及陽極氧化膜。覆層材料有一定的導電性，通過校準同樣也可測量，但要求兩者的導電率之比至少相差3-5倍（如銅上鍍鉻）。雖然鋼鐵基體亦為導電體，但這類任務還是采用磁性原理測量較為合適.

四、塑膠產品上涂層厚度的測量問題

1．用轉移法測量塑膠產品上涂層時的注意事項

對塑膠產品上涂層的測量。如使用超聲波發(fā)測量時，經(jīng)常因涂層與基材發(fā)生相溶而沒有較好的聲波反射面，從而導致測量失敗或讀值嚴重偏差。如使用切鍥法，也多有使用不方便和讀數(shù)困難的地方。

所以目前便攜式電子產品生產廠普遍使用轉移法測量塑膠產品上涂層。

我們經(jīng)過多年實踐，推薦先在產品上蓋若干小條標準厚度的聚酯薄膜（50微米左右，我公司有專門定制供應），再用紙基美紋膠帶壓住兩頭，留出中間部分。將該產品放入噴涂線上正常噴涂、烘烤。

產品完工后，取下留有漆膜的聚酯薄膜，用鐵零板（或鋁零板）做基板用磁感應（或電渦流法）膜厚儀分別測量有涂層的部分和無涂層的部分，兩者之差就是涂層厚度。由于采用同一塊零板，所以電磁感應參考點不會發(fā)生變化，從而保證了測量基準不變，保證了測量的準確。另外，特別是因采用了差別法，所以儀器和零板的誤差都會因相減而抵消。這樣就大大降低了對零板和儀器精度的要求。
也有部分工廠仍采用粘貼鐵片和鋁片的方法，需要注意的是每塊鐵片或鋁片表面粗糙度不同、凸凹變形、厚薄變化等會造成電磁感應參考點發(fā)生變化，這樣可能會造成測量誤差加大和重復性較差。需要注意避免。

2．涂層厚度測量的其他問題

a. 涂層烘烤固化后，還有一個繼續(xù)固化的緩慢過程，因條件限制, 工廠一般取下產品后就會測量。如過一兩天后再測，往往厚度會少1~3微米。

b. 至于切片法測厚，制備切片則非常重要。由于基材和涂層都較軟，切割變形可能造成涂層向基材方向或基材向涂層方向擠壓侵占，從而造成讀數(shù)偏大或偏小。

另外油漆噴涂過程是液態(tài)點狀濺射至基材后，經(jīng)流平、交聯(lián)、成膜固化。斷面一定是表面有起伏狀態(tài)，外觀上看則呈現(xiàn)出桔皮現(xiàn)象。轉移法測厚是在平面上隨機取點，或再取平均數(shù)，切片法是在切割處的一條直線斷面上顯微目視讀數(shù)。兩者因取點方法不同、位置不同，兩者讀數(shù)會有不同。但兩者有互相參考價值，可分析對比找出原因。

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