表面涂層測厚儀

對材料表面保護(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)國家和國際標(biāo)準(zhǔn)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(zhì)量檢測的重要一環(huán)，是產(chǎn)品達(dá)到優(yōu)等質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的必備手段。為使產(chǎn)品國際化，我國出口商品和涉外項目中，對覆層厚度有了明確的要求。

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。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(fù)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(hù)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(dǎo)電體的絕緣覆層測厚時采用。

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厚儀向微型、智能、多功能、高精度、實用化的方向進(jìn)了一步。測量的分辨率已達(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、操作簡便且價廉，是工業(yè)和科研使用最廣泛的測厚儀器。

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(jì)地進(jìn)行。

一. 磁吸力測量原理及測厚儀

永久磁鐵(測頭)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(dǎo)磁率之差足夠大，就可進(jìn)行測量。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)用最廣。測厚儀基本結(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(zhǔn)，價格也較低，很適合車間做現(xiàn)場質(zhì)量控制。

采用磁感應(yīng)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(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(chǎn)品采用指針式表頭，測量感應(yīng)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(shè)計引入穩(wěn)頻、鎖相、溫度補(bǔ)償?shù)鹊匦录夹g(shù)，利用磁阻來調(diào)制測量信號。還采用專利設(shè)計的集成電路，引入微機(jī)，使測量精度和重現(xiàn)性有了大幅度的提高(幾乎達(dá)一個數(shù)量級)。現(xiàn)代的磁感應(yīng)測厚儀，分辨率達(dá)到0.1um，允許誤差達(dá)1%，量程達(dá)10mm。

磁性原理測厚儀可應(yīng)用來精確測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。

高頻交流信號在測頭線圈中產(chǎn)生電磁場，測頭靠近導(dǎo)體時，就在其中形成渦流。測頭離導(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測頭與導(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(yīng)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(biāo)度關(guān)系不同。與磁感應(yīng)測厚儀一樣，渦流測厚儀也達(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厚儀，原則上對所有導(dǎo)電體上的非導(dǎo)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(dǎo)電性，通過校準(zhǔn)同樣也可測量，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量較為合適

DRF系列測厚儀特點:

具有兩種測量方式:連續(xù)測量方式(CONTINUE)和單次測量方式(SINGLE);

具有兩種工作方式:直接方式(DIRECT)和成組方式(APPL);

設(shè)有五個統(tǒng)計量:平均值(MEAN)、最大值(MAX)、最小值(MIN)、測試次數(shù)(NO.)、標(biāo)準(zhǔn)偏差(S.DEV)

可進(jìn)行零點校準(zhǔn)和二點校準(zhǔn)，并可用基本校準(zhǔn)法對測頭的系統(tǒng)誤差進(jìn)行修正;

具有存貯功能:可存貯300個測量值;

具有刪除功能:對測量中出現(xiàn)的單個可疑數(shù)據(jù)進(jìn)行刪除,也可刪除涂層測厚儀存貯區(qū)內(nèi)的所有數(shù)據(jù)，以便進(jìn)行新的測量;

可設(shè)置限界:對限界外的測量值能自動報警;

具有與PC機(jī)通訊的功能:可將測量值、統(tǒng)計值傳輸至PC機(jī)，以便涂層測厚儀對數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步處理; 具有電源欠壓指示功能;

操作過程有蜂鳴聲提示;

具有錯誤提示功能;

具有自動關(guān)機(jī)功能。

應(yīng)用:用磁性傳感器測量鋼、鐵等鐵磁質(zhì)金屬基體上的非鐵磁性涂層、鍍層，例如:漆、粉末、塑料、橡膠、合成材料、磷化層、鉻、鋅、鉛、鋁、錫、鎘、瓷、琺瑯、氧化層等。用渦流傳感器測量銅、鋁、鋅、錫等基體上的琺瑯、橡膠、油漆、塑料層等。廣泛用于制造業(yè)、金屬加工業(yè)、化工業(yè)、商檢等檢測領(lǐng)域。 涂層測厚儀在測量物體時,除測量方法外,還會有其他因數(shù)會導(dǎo)致測量結(jié)果有所偏差,具體影響因數(shù)請看下表. 測量方式法 磁性測量 渦流測量 基體金屬磁性質(zhì)

* 基體金屬電性質(zhì) *

邊緣效應(yīng) * *

曲率 * *

試件粗糙度 * *

磁場 *

附著物質(zhì) * *

測頭壓力 * *

測頭取向 * *

基體金屬厚度 * *

試件的形狀 * *

標(biāo)準(zhǔn): 國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T4956-2003《磁性基體上非磁性覆蓋層厚度測量磁性法》 國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 2178-1982 檢定規(guī)程: JJG818-2005 《磁性、電渦流式覆層厚度測量儀》 哪些金屬是磁性金屬?哪些金屬是非磁性金屬? 磁性金屬只有三類 1. 鋼鐵 2. 鎳金屬 3.部分不銹鋼(馬氏體或鐵素體型:如404B，430、420、410等) 除了上述三種金屬外的其他金屬均為非磁性金屬，如銅、錫、鉛、及奧氏體型不銹鋼(如404B，430、420、410) 哪類不銹鋼是磁性?哪類是非磁性? 人們常以為磁鐵吸附不銹鋼材，驗證其優(yōu)劣和真?zhèn)?，不吸無磁，認(rèn)為是好的，貨真價實;吸者有磁性，則認(rèn)為是冒牌假貨。其實，這是一種極其片面的、不切實的錯誤的辨別方法。 不銹鋼的種類繁多，常溫下按組織結(jié)構(gòu)可分為幾類: 1.奧氏體型:如304、321、316、310等; 是無磁或弱磁性 2.馬氏體或鐵素體型:如404B，430、420、410等;是有磁性的。

通常用作裝飾管板的不銹鋼多數(shù)是奧氏體型的304材質(zhì)，一般來講是無磁或弱磁的，但因冶煉造成化學(xué)成分波動或加工狀態(tài)不同也可能出現(xiàn)磁性，但這不能認(rèn)為是冒牌或不合格，這是什么原因呢? 上面提到奧氏體是無磁或弱磁性，而馬氏體或鐵素體是帶磁性的，由于冶煉時成分偏析或熱處理不當(dāng)，會造成奧氏體304不銹鋼中少量馬氏體或鐵素體組織。這樣，304不銹鋼中就會帶有微弱的磁性。 另外，304不銹鋼經(jīng)過冷加工，組織結(jié)構(gòu)也會向馬氏體轉(zhuǎn)化，冷加工變形度越大，馬氏體轉(zhuǎn)化越多，鋼的磁性也越大。如同一批號的鋼帶，生產(chǎn)Φ76管，無明顯磁感，生產(chǎn)Φ9.5管。因泠彎變形較大磁感就明顯一些，生產(chǎn)方矩形管因變形量比圓管大，特別是折角部分，變形更激烈磁性更明顯。 要想完全消除上述原因造成的304鋼的磁性，可通過高溫固溶處理開恢復(fù)穩(wěn)定奧氏體組織，從而消去磁性。 特別要提出的是，因上面原因造成的304不銹鋼的磁性，與其他材質(zhì)的不銹鋼，如430、碳鋼的磁性完全不是同一級別的，也就是說304鋼的磁性始終顯示的是弱磁性。 這就告訴我們，如果不銹鋼帶弱磁性或完全不帶磁性，應(yīng)判別為304或316材質(zhì);如果與碳鋼的磁性一樣，顯示出強(qiáng)磁性，因判別為不是304材

涂鍍層測厚儀根據(jù)測量原理一般有以下五種類型:

1.磁性測厚法:適用導(dǎo)磁材料上的非導(dǎo)磁層厚度測量.導(dǎo)磁材料一般為:鋼\鐵\銀\鎳.此種方法測量精度高

2.渦流測厚法:適用導(dǎo)電金屬上的非導(dǎo)電層厚度測量.此種方法較磁性測厚法精度低

3.超聲波測厚法:目前國內(nèi)還沒有用此種方法測量涂鍍層厚度的,國外個別廠家有這樣的儀器,適用多層涂鍍層厚度的測量或則是以上兩種方法都無法測量的場合.但一般價格昂貴\測量精度也不高.

4.電解測厚法:此方法有別于以上三種,不屬于無損檢測,需要破壞涂鍍層.一般精度也不高.測量起來較其他幾種麻煩

5.放射測厚法:此種儀器價格非常昂貴(一般在10萬RMB以上),適用于一些特殊場合.

國內(nèi)目前使用最為普遍的是第1\2兩種方法。

a 基體金屬磁性質(zhì)

磁性法測厚受基體金屬磁性變化的影響(在實際應(yīng)用中，低碳鋼磁性的變化可以認(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(jìn)行校準(zhǔn);亦可用待涂覆試件進(jìn)行校準(zhǔn)。

b 基體金屬電性質(zhì)

基體金屬的電導(dǎo)率對測量有影響，而基體金屬的電導(dǎo)率與其材料成分及熱處理方法有關(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(jìn)行校準(zhǔn)。

c 基體金屬厚度

每一種儀器都有一個基體金屬的臨界厚度。大于這個厚度，測量就不受基體金屬厚度的影響。本儀器的臨界厚度值見附表1。

d 邊緣效應(yīng)

本儀器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(jìn)行測量是不可靠的。

e 曲率

試件的曲率對測量有影響。這種影響總是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是不可靠的。

f 試件的變形

測頭會使軟覆蓋層試件變形，因此在這些試件上測出可靠的數(shù)據(jù)。

g 表面粗糙度

基體金屬和覆蓋層的表面粗糙程度對測量有影響。粗糙程度增大，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。如果基體金屬粗糙，還必須在未涂覆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除去覆蓋層后，再校對儀器的零點。

g 磁場

周圍各種電氣設(shè)備所產(chǎn)生的強(qiáng)磁場，會嚴(yán)重地干擾磁性法測厚工作。

h 附著物質(zhì)

本儀器對那些妨礙測頭與覆蓋層表面緊密接觸的附著物質(zhì)敏感，因此，必須清除附著物質(zhì)，以保證儀器測頭和被測試件表面直接接觸。

i 測頭壓力

測頭置于試件上所施加的壓力大小會影響測量的讀數(shù)，因此，要保持壓力恒定。

j 測頭的取向

測頭的放置方式對測量有影響。在測量中，應(yīng)當(dāng)使測頭與試樣表面保持垂直。

a 基體金屬特性

對于磁性方法，標(biāo)準(zhǔn)片的基體金屬的磁性和表面粗糙度，應(yīng)當(dāng)與試件基體金屬的磁性和表面粗糙度相似。 對于渦流方法，標(biāo)準(zhǔn)片基體金屬的電性質(zhì)，應(yīng)當(dāng)與試件基體金屬的電性質(zhì)相似。

b 基體金屬厚度

檢查基體金屬厚度是否超過臨界厚度，如果沒有，可采用3.3中的某種方法進(jìn)行校準(zhǔn)。

c 邊緣效應(yīng)

不應(yīng)在緊靠試件的突變處，如邊緣、洞和內(nèi)轉(zhuǎn)角等處進(jìn)行測量。

d 曲率

不應(yīng)在試件的彎曲表面上測量。

e 讀數(shù)次數(shù)

通常由于儀器的每次讀數(shù)并不完全相同，因此必須在每一測量面積內(nèi)取幾個讀數(shù)。覆蓋層厚度的局部差異，也要求在任一給定的面積內(nèi)進(jìn)行多次測量，表面粗造時更應(yīng)如此。

f 表面清潔度

測量前，應(yīng)清除表面上的任何附著物質(zhì)，如塵土、油脂及腐蝕產(chǎn)物等，但不要除去任何覆蓋層物質(zhì)

涂層測厚儀中F，N以及FN的區(qū)別:

F代表ferrous 鐵磁性基體，F(xiàn)型的涂層測厚儀采用電磁感應(yīng)原理， 來測量鋼、鐵等鐵磁質(zhì)金屬基體上的非鐵磁性涂層、鍍層，例如:漆、粉末、塑料、橡膠、合成材料、磷化層、鉻、鋅、鉛、鋁、錫、鎘、瓷、琺瑯、氧化層等。

N代表Non- ferrous非鐵磁性基體，N型的涂層測厚儀采用電渦流原理;來測量用渦流傳感器測量銅、鋁、鋅、錫等基體上的琺瑯、橡膠、油漆、塑料層等。

FN型的涂層測厚儀既采用電磁感應(yīng)原理，又采用采用電渦流原理，是F型和N型的二合一型涂層測厚儀。