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技術(shù)文章
涂鍍層測厚儀的分類與工作原理
點(diǎn)擊次數(shù)：889 發(fā)布時間：2012-7-31
涂鍍層測厚儀的分類與工作原理
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zui為普遍的是第1\2兩種方法。
常規(guī)涂層測厚儀的原理:
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*手段。為使產(chǎn)品化，我國出口商品和涉外項(xiàng)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(yàn)。
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(shí)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(jì)地進(jìn)行。
測量原理與儀器
一． 磁吸力測量原理及測厚儀
*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zui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(diǎn)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。
二． 磁感應(yīng)測量原理
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）?，F(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。
三． 電渦流測量原理
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?zhàn)饔昧勘碚髁藴y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
影響涂鍍層測厚儀測量值精度的因素
1．影響因素的有關(guān)說明:
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(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(diǎn)；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(diǎn)。
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。
2．使用儀器時應(yīng)當(dāng)遵守的規(guī)定:
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*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)。
涂鍍層測厚儀中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。用途見上。如CMI153涂鍍層測厚儀是FN型雙功能測厚儀。