涂膜測(cè)厚儀的檢測(cè)原理和應(yīng)用
涂膜測(cè)厚儀的檢測(cè)原理和應(yīng)用
適用導(dǎo)磁材料上的非導(dǎo)磁層厚度測(cè)量.導(dǎo)磁材料一般為:鋼\鐵\銀\鎳.此種方法測(cè)量精度高
適用導(dǎo)電金屬上的非導(dǎo)電層厚度測(cè)量.此種方法較磁性測(cè)厚法精度低
目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有用此種方法測(cè)量涂鍍層厚度的,國(guó)外個(gè)別廠家有這樣的儀器,適用多層涂鍍層厚度的測(cè)量或則是以上兩種方法都無(wú)法測(cè)量的場(chǎng)合.但一般價(jià)格昂貴\測(cè)量精度也不高.
此方法有別于以上三種,不屬于無(wú)損檢測(cè),需要破壞涂鍍層.一般精度也不高.測(cè)量起來(lái)較其他幾種麻煩
此種儀器價(jià)格非常昂貴（一般在10萬(wàn)RMB以上）,適用于一些特殊場(chǎng)合.
測(cè)量原理與儀器
長(zhǎng)久磁鐵（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*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(guò)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(wú)須校準(zhǔn)，價(jià)格也較低，很適合車(chē)間做現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制。
采用磁感應(yīng)原理時(shí)，利用從測(cè)頭經(jīng)過(guò)非鐵磁覆層而流入鐵磁基體的磁通的大小，來(lái)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(lái)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(lái)指示覆層厚度。近年來(lái)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(lái)調(diào)制測(cè)量信號(hào)。還采用磚利設(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)）。現(xiàn)代的磁感應(yīng)測(cè)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(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(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(lèi)測(cè)頭專(zhuān)門(mén)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(chē)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。覆層材料有一定的導(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(lèi)任務(wù)還是采用磁性原理測(cè)量較為合適
1．影響因素的有關(guān)說(shuō)明
a基體金屬磁性質(zhì)
磁性法測(cè)厚受基體金屬磁性變化的影響（在實(shí)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(duì)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(duì)測(cè)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(duì)儀器進(jìn)行校準(zhǔn)。
c基體金屬厚度
每一種儀器都有一個(gè)基體金屬的臨界厚度。大于這個(gè)厚度，測(cè)量就不受基體金屬厚度的影響。本儀器的臨界厚度值見(jiàn)附表1。
d邊緣效應(yīng)
本儀器對(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。
e曲率
試件的曲率對(duì)測(cè)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(cè)量是不可靠的。
f試件的變形
測(cè)頭會(huì)使軟覆蓋層試件變形，因此在這些試件上測(cè)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(duì)測(cè)量有影響。粗糙程度增大，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。如果基體金屬粗糙，還必須在未涂覆的粗糙度相類(lèi)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)]有腐蝕的溶液溶解除去覆蓋層后，再校對(duì)儀器的零點(diǎn)。
g磁場(chǎng)
周?chē)鞣N電氣設(shè)備所產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng)，會(huì)嚴(yán)重地干擾磁性法測(cè)厚工作。
h附著物質(zhì)
本儀器對(duì)那些妨礙測(cè)頭與覆蓋層表面緊密接觸的附著物質(zhì)敏感，因此，必須**附著物質(zhì)，以保證儀器測(cè)頭和被測(cè)試件表面直接接觸。
i測(cè)頭壓力
測(cè)頭置于試件上所施加的壓力大小會(huì)影響測(cè)量的讀數(shù)，因此，要保持壓力恒定。
j測(cè)頭的取向
測(cè)頭的放置方式對(duì)測(cè)量有影響。在測(cè)量中，應(yīng)當(dāng)使測(cè)頭與試樣表面保持垂直。
2．使用儀器時(shí)應(yīng)當(dāng)遵守的規(guī)定
a基體金屬特性
對(duì)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(duì)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(guò)臨界厚度，如果沒(méi)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(cè)量。
d曲率
不應(yīng)在試件的彎曲表面上測(cè)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(cè)量面積內(nèi)取幾個(gè)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(cè)量，表面粗造時(shí)更應(yīng)如此。
f表面清潔度
測(cè)量前，應(yīng)**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)哪類(lèi)不銹鋼是磁性哪類(lèi)是非磁性
人們常以為磁鐵吸附不銹鋼材，驗(yàn)證其優(yōu)劣和真?zhèn)?，不吸無(wú)磁，認(rèn)為是好的，貨真價(jià)實(shí)；吸者有磁性，則認(rèn)為是冒牌假貨。其實(shí)，這是一種極其片面的、不切實(shí)的錯(cuò)誤的辨別方法。
不銹鋼的種類(lèi)繁多，常溫下按組織結(jié)構(gòu)可分為幾類(lèi)：
1．奧氏體型：如304、321、316、310等；是無(wú)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(lái)講是無(wú)磁或弱磁的，但因冶煉造成化學(xué)成分波動(dòng)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(wú)磁或弱磁性，而馬氏體或鐵素體是帶磁性的，由于冶煉時(shí)成分偏析或熱處理不當(dāng)，會(huì)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(huì)帶有微弱的磁性。
另外，304不銹鋼經(jīng)過(guò)冷加工，組織結(jié)構(gòu)也會(huì)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(hào)的鋼帶，生產(chǎn)Φ76管，無(wú)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(guò)高溫固溶處理開(kāi)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上等別的，也就是說(shuō)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
目前，國(guó)內(nèi)國(guó)外不管是出名的品牌還是一般的生產(chǎn)廠家，其測(cè)厚儀的操作方法均需要如下步驟：
1調(diào)零，即在特定的零板上調(diào)零，或在需要測(cè)量的原基材上調(diào)零；
2根據(jù)測(cè)量產(chǎn)品的不同測(cè)量范圍，用適當(dāng)?shù)臏y(cè)試片調(diào)值，以減少測(cè)量上的誤差。這種方法一般情況下，儀器新購(gòu)使用時(shí)還是沒(méi)有什么問(wèn)題的，只是比較繁瑣一點(diǎn)。但當(dāng)探頭使用一段時(shí)間后，問(wèn)題就出來(lái)了。操作中我們的儀器測(cè)量精度大大減小了。很難把握。原因在于產(chǎn)品的原理，這是一個(gè)致命的缺陷，即探頭是使用一根磁鐵繞線圈。通上電流后產(chǎn)生磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)是不規(guī)則的。還好，現(xiàn)在有一款新型的涂層測(cè)厚儀，它采用的是*新的磁感技術(shù)。也就是我們知道的霍爾效應(yīng)，霍爾于1879年發(fā)現(xiàn)的。通過(guò)研究霍爾電壓與工作電流的關(guān)系，測(cè)量電磁鐵磁場(chǎng)、磁導(dǎo)率、研究霍爾電壓與磁場(chǎng)的關(guān)系,霍爾發(fā)現(xiàn)這個(gè)電位差UH與電流強(qiáng)度IH成正比，與磁感應(yīng)強(qiáng)度B成正比，與薄片的厚度d成反比。這個(gè)磁場(chǎng)是就變成規(guī)則的。該原理運(yùn)用在涂層測(cè)厚儀上面就無(wú)需再調(diào)測(cè)試片了。特別是測(cè)量圓弧的或凹面的產(chǎn)品時(shí)，使用更為簡(jiǎn)單和方便了。
麥考特測(cè)厚儀根據(jù)量程大小可分為G6，F(xiàn)6，G7，F(xiàn)7，S3，S5，S10和S20以及筆式測(cè)厚儀等各種不同規(guī)格的測(cè)厚儀,*小的測(cè)量范圍是0-100微米，*大的是7.5-20毫米；又根據(jù)表現(xiàn)形式分為圓盤(pán)指針式的和數(shù)字顯示的（如新型的G7，F(xiàn)7等）；還根據(jù)外觀的不同分為香蕉形的（俗稱）和筆式測(cè)厚儀,特別要注意的是，EPK還有二種特殊規(guī)格的麥考特測(cè)厚儀：即測(cè)量銅鋁塑料基底上鍍鎳的Ni50，Ni100和測(cè)量鐵基底上鍍鎳的NiFe50。
二、MikroTest涂層測(cè)厚儀測(cè)量原理及應(yīng)用
所有MikroTest涂層測(cè)厚儀都是依據(jù)磁吸力的測(cè)量原理進(jìn)行設(shè)計(jì)生產(chǎn)的。測(cè)量磁鋼與磁性基體間的磁吸力與盤(pán)狀彈簧的彈力平衡，盤(pán)狀彈簧的旋轉(zhuǎn)彈力的大小與涂層厚度有直接關(guān)系。
MikroTest涂層測(cè)厚儀中G6，F(xiàn)6，G7，F(xiàn)7，S3，S5，S10和S20型主要用于測(cè)量鋼鐵基體上的非磁性涂鍍層；Ni50和Ni100主要用于測(cè)量銅鋁塑料基底上鍍鎳；NiFe50主要用于測(cè)量鋼鐵基體上的鍍鎳層。
三、MikroTest涂層測(cè)厚儀技術(shù)參數(shù)
型 號(hào) 測(cè)量范圍 讀 值 精 度 ± *小測(cè)量區(qū)直徑mm 基體*小厚度mm 適 用 場(chǎng)合
Mikrotest 6 G 0-100um 1um或5％讀值 20mm 0.5 鋼、鐵基體上電鍍層、漆、搪瓷、塑料、橡膠層等
Mikrotest 6 F 0-1000um 3um或5％讀值 30mm 0.5
Mikrotest 6 S3 0.2-3mm 5％讀值 30mm 1.0
Mikrotest 6 S5 0.5-5mm 5％讀值 50mm 1.0
Mikrotest 6 S10 2.5-10mm 5％讀值 50mm 2.0
Mikrotest 6 S20 7.5-20mm 5％讀值 100mm 7.0
Mikrotest 6 Ni50 0-50um 1um或5％讀值 15mm 非鐵基體上鍍鎳層
Mikrotest 6 Ni100 0-100um 1um或5％讀值 15mm
Mikrotest NiFe50 0-50um 2um或8％讀值 20mm 0.5 鋼鐵基體上電鍍鎳
Mikrotest 7 G 0-300um 2um或3％讀值 20mm 0.5 鋼、鐵基體上電鍍層、漆、搪瓷、塑料、橡膠層等
Mikrotest 7 F 0-1500um 5um或3％讀值 30mm 0.5
Mikrotest 7 S5 0.5-5mm 4％讀值 50mm
