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涂層測厚儀的原理和影響測量的若干因素
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發(fā)布日期：[2014-04-16] 共閱[1149]次 |
我們在對材料表面保護、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)國家和標(biāo)準(zhǔn)中稱為覆層（coating）或涂層。
涂層和覆層測量已成為加工工業(yè)、表面工程質(zhì)量檢測的重要一環(huán)，是產(chǎn)品達到優(yōu)等質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的*手段。為使產(chǎn)品化，我國出口商品和涉外項目中，對涂層覆層厚度測量有了明確的要求和規(guī)定。
涂層厚度的測量方法主要有：楔切法涂層測量，光截法涂層測量，電解法涂層測量，厚度差測量法，稱重法涂層測量，χ射線熒光法涂層測量，β射線反向散射法涂層測量，電容法涂層測量，磁性測量法和渦流測量法測量厚度等。涂層測厚儀適用范圍廣、量程寬、操作簡便且價廉，是工業(yè)和科研使用廣泛的涂層測厚儀。
儀器的測量原理
一、磁吸引力測量原理及涂層測厚儀
*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。這個距離就是涂層的厚度。根據(jù)這一原理制成涂層測厚儀，只要涂層與基體的導(dǎo)磁率之間足夠大，就可進行涂層測量。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，所以磁性測厚儀應(yīng)用廣。涂層測厚儀基本結(jié)構(gòu)由磁鋼，接力簧，標(biāo)尺及自動停機構(gòu)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(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。這種儀器的特點是操作簡便、堅固耐用、不用電源，測量前無須校準(zhǔn)，價格比較低，很適合車間做現(xiàn)場質(zhì)量控制。
二、磁感應(yīng)法測量涂層的原理
采用磁感應(yīng)原理測量涂層時，利用探頭經(jīng)過非鐵磁涂層而流入鐵磁基體的磁通的大小，來測定涂層厚度。也可以測定與之對應(yīng)的磁阻大小，來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樣片上時，涂層測厚儀自動輸出測試電流或測試信號。早期的產(chǎn)品采用指針式表頭，測量感應(yīng)電動勢的大小，涂層測厚儀將該信號放大后來指示涂層厚度。近幾年來采用了專業(yè)設(shè)計的集成電路，引入單片微機，增加先進的工具，使測量精度和重現(xiàn)性有了大幅度的提高。磁性原理涂層測厚儀可應(yīng)用來測量鋼鐵表面的油漆層，瓷、搪瓷防護層，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、電渦流測量原理
高頻交流信號在探頭線圈中產(chǎn)生電磁場，探頭靠近導(dǎo)體時，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。這個反饋作用量表征了探頭與導(dǎo)電基體之間距離的大小，也就是導(dǎo)電基體上非導(dǎo)電涂層厚度的大小。由于這類涂層測厚儀探頭專門測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)別是涂層測厚儀探頭不同，信號頻率不同，信號的大小、標(biāo)度關(guān)系不同。采用電渦流原理的涂層測厚儀，原則上對所有導(dǎo)電基體上的非導(dǎo)電涂層均可測量，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。涂層材料有一定的導(dǎo)電性，通過校準(zhǔn)同樣也可測量，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量涂層厚度較為合適。
影響涂層測厚儀測量的若干因素。磁性法測量厚度受基體金屬性變化的影響（在實際應(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)片對儀器進行校準(zhǔn)；基體金屬的電導(dǎo)率對測量有影響，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)片對儀器進行校準(zhǔn)；每一種儀器都有一個臨界厚度，大于這個厚度，測量就不受基體金屬厚度的影響；對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)角處進行測量是不可靠的；試件的曲率對測量有影響，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量也是不可靠的；探頭會使軟涂層試件變形，因此在這些試件上測不出可靠的數(shù)據(jù)；基體金屬和涂層的表面粗糙度對測量有影響。粗糙度增大，影響增大，粗糙表面會引起系統(tǒng)誤差和偶然誤差，每次測量時，在不同的位置上應(yīng)增加測量的次數(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位置校對儀器的零點，或用對基體金屬沒有腐蝕的溶液溶解去除涂層后，再校對儀器的零點；周圍各種電氣設(shè)備所產(chǎn)生的強磁場，會嚴(yán)重干擾磁性測厚工作；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，在測量中，要保持壓力恒定，探頭與試件表面保持垂直，才能達到的測量。 |
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