涂層測(cè)厚儀測(cè)量原理及分類

閱讀：3780發(fā)布時(shí)間：2010-12-1

對(duì)材料表面起保護(hù)，裝飾作用的覆蓋層，如涂層，鍍層，敷層，貼層，化學(xué)生成膜等，在一些國(guó)家和標(biāo)準(zhǔn)中稱為覆層（coating）。

覆層厚度測(cè)量已成為加工工業(yè)、表面工程質(zhì)量檢測(cè)的重要環(huán)節(jié)，是產(chǎn)品達(dá)到優(yōu)等質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的必要手段。為使產(chǎn)品化，我國(guó)出口商品和涉外項(xiàng)目中，對(duì)覆層厚度有了明確要求。

覆層厚度的測(cè)量方法主要有：楔切法，光截法，電解法，厚度差測(cè)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(cè)量法及渦流測(cè)量法等等。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)。

X射線和β射線法是無接觸無損測(cè)量，但裝置復(fù)雜昂貴，測(cè)量范圍較小。因有放射源，使用者必須遵守射線防護(hù)規(guī)范。X射線法可測(cè)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(hào)大于3的鍍層測(cè)量。電容法僅在薄導(dǎo)電體的絕緣覆層測(cè)厚時(shí)采用。

    隨著技術(shù)的日益進(jìn)步，特別是近年來引入微機(jī)技術(shù)后，采用磁性法和渦流法的測(cè)厚儀向微型、智能、多功能、高精度、實(shí)用化的方向進(jìn)了一步。測(cè)量的分辨率已達(dá)0.1微米，精度可達(dá)到1%，有了大幅度的提高。它適用范圍廣，量程寬、操作簡(jiǎn)便且價(jià)廉，是工業(yè)和科研使用zui廣泛的測(cè)厚儀器。
    采用無損方法既不破壞覆層也不破壞基材，檢測(cè)速度快，能使大量的檢測(cè)工作經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行。
一．磁吸力測(cè)量原理及測(cè)厚儀
    *磁鐵（測(cè)頭）與導(dǎo)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(guān)系，這個(gè)距離就是覆層的厚度。利用這一原理制成測(cè)厚儀，只要覆層與基材的導(dǎo)磁率之差足夠大，就可進(jìn)行測(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。測(cè)厚儀基本結(jié)構(gòu)由磁鋼，接力簧，標(biāo)尺及自停機(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(chǎn)品可以自動(dòng)完成這一記錄過程。不同的型號(hào)有不同的量程與適用場(chǎng)合。
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)量前無須校準(zhǔn)，價(jià)格也較低，很適合車間做現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制。

二．磁感應(yīng)測(cè)量原理
采用磁感應(yīng)原理時(shí)，利用從測(cè)頭經(jīng)過非鐵磁覆層而流入鐵磁基體的磁通的大小，來測(cè)定覆層厚度。也可以測(cè)定與之對(duì)應(yīng)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(yīng)原理的測(cè)厚儀，原則上可以有導(dǎo)磁基體上的非導(dǎo)磁覆層厚度。一般要求基材導(dǎo)磁率在500以上。如果覆層材料也有磁性，則要求與基材的導(dǎo)磁率之差足夠大（如鋼上鍍鎳）。當(dāng)軟芯上繞著線圈的測(cè)頭放在被測(cè)樣本上時(shí)，儀器自動(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，儀器將該信號(hào)放大后來指示覆層厚度。近年來的電路設(shè)計(jì)引入穩(wěn)頻、鎖相、溫度補(bǔ)償?shù)鹊匦录夹g(shù)，利用磁阻來調(diào)制測(cè)量信號(hào)。還采用設(shè)計(jì)的集成電路，引入微機(jī)，使測(cè)量精度和重現(xiàn)性有了大幅度的提高（幾乎達(dá)一個(gè)數(shù)量級(jí)）?，F(xiàn)代的磁感應(yīng)測(cè)厚儀，分辨率達(dá)磁感應(yīng)測(cè)厚儀_電渦流測(cè)量原理_磁吸力測(cè)量原理及測(cè)厚儀_電渦流原理的測(cè)厚儀到0.1um，允許誤差達(dá)1%，量程達(dá)10mm。
磁性原理測(cè)厚儀可應(yīng)用來測(cè)量鋼鐵表面的油漆層，瓷、搪瓷防護(hù)層，塑料、橡膠覆層，包括鎳鉻在內(nèi)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(cè)量原理
高頻交流信號(hào)在測(cè)頭線圈中產(chǎn)生電磁場(chǎng)，測(cè)頭靠近導(dǎo)體時(shí)，就在其中形成渦流。測(cè)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)饔昧勘碚髁藴y(cè)頭與導(dǎo)電基體之間距離的大小，也就是導(dǎo)電基體上非導(dǎo)電覆層厚度的大小。由于這類測(cè)頭專門測(cè)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(cè)頭。非磁性測(cè)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(yīng)原理比較，主要區(qū)別是測(cè)頭不同，信號(hào)的頻率不同，信號(hào)的大小、標(biāo)度關(guān)系不同。與磁感應(yīng)測(cè)厚儀一樣，渦流測(cè)厚儀也達(dá)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(cè)厚儀，原則上對(duì)所有導(dǎo)電體上的非導(dǎo)電體覆層均可測(cè)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(dǎo)電性，通過校準(zhǔn)同樣也可測(cè)量，但要求兩者的導(dǎo)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(dǎo)電體，但這類任務(wù)還是采用磁性原理測(cè)量較為合適.

四、塑膠產(chǎn)品上涂層厚度的測(cè)量問題

1．用轉(zhuǎn)移法測(cè)量塑膠產(chǎn)品上涂層時(shí)的注意事項(xiàng)

對(duì)塑膠產(chǎn)品上涂層的測(cè)量。如使用超聲波發(fā)測(cè)量時(shí)，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(dǎo)致測(cè)量失敗或讀值嚴(yán)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(chǎn)品生產(chǎn)廠普遍使用轉(zhuǎn)移法測(cè)量塑膠產(chǎn)品上涂層。

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

產(chǎn)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(yīng)（或電渦流法）膜厚儀分別測(cè)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(yīng)參考點(diǎn)不會(huì)發(fā)生變化，從而保證了測(cè)量基準(zhǔn)不變，保證了測(cè)量的準(zhǔn)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(huì)因相減而抵消。這樣就大大降低了對(duì)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(huì)造成電磁感應(yīng)參考點(diǎn)發(fā)生變化，這樣可能會(huì)造成測(cè)量誤差加大和重復(fù)性較差。需要注意避免。

2．涂層厚度測(cè)量的其他問題

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

b. 至于切片法測(cè)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(diǎn)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(zhuǎn)移法測(cè)厚是在平面上隨機(jī)取點(diǎn)，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(diǎn)方法不同、位置不同，兩者讀數(shù)會(huì)有不同。但兩者有互相參考價(jià)值，可分析對(duì)比找出原因。

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