隨著技術(shù)的日益進步,特別是近年來引入微機技術(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、實用化的方向進了一步。測量的分辨率已達0.1微米,精度可達到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)和科研使用較廣泛的測厚儀器。
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)濟地進行。
一. 磁吸力測量原理及測厚儀
永久磁鐵(測頭)與導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磁率之差足夠大,就可進行測量。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)用較廣。測厚儀基本結(jié)構(gòu)由磁鋼,接力簧,標尺及自停機構(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,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,原則上可以有導磁基體上的非導磁覆層厚度。一般要求基材導磁率在500以上。如果覆層材料也有磁性,則要求與基材的導磁率之差足夠大(如鋼上鍍鎳)。當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,使測量精度和重現(xiàn)性有了大幅度的提高(幾乎達一個數(shù)量級)。現(xiàn)代的磁感應(yīng)測厚儀,分辨率達磁感應(yīng)測厚儀_電渦流測量原理_磁吸力測量原理及測厚儀_電渦流原理的測厚儀到0.1um,允許誤差達1%,量程達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,測頭靠近導體時,就在其中形成渦流。測頭離導電基體愈近,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電基體之間距離的大小,也就是導電基體上非導電覆層厚度的大小。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、標度關(guān)系不同。與磁感應(yīng)測厚儀一樣,渦流測厚儀也達到了分辨率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,原則上對所有導電體上的非導電體覆層均可測量,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電性,通過校準同樣也可測量,但要求兩者的導電率之比至少相差3-5倍(如銅上鍍鉻)。雖然鋼鐵基體亦為導電體,但這類任務(wù)還是采用磁性原理測量較為合適.
四、塑膠產(chǎn)品上涂層厚度的測量問題
1.用轉(zhuǎn)移法測量塑膠產(chǎn)品上涂層時的注意事項
對塑膠產(chǎn)品上涂層的測量。如使用超聲波發(fā)測量時,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,從而導致測量失敗或讀值嚴重偏差。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)移法測量塑膠產(chǎn)品上涂層。
我們經(jīng)過多年實踐,推薦先在產(chǎn)品上蓋若干小條標準厚度的聚酯薄膜(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)參考點不會發(fā)生變化,從而保證了測量基準不變,保證了測量的準確。另外,特別是因采用了差別法,所以儀器和零板的誤差都會因相減而抵消。這樣就大大降低了對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、厚薄變化等會造成電磁感應(yīng)參考點發(fā)生變化,這樣可能會造成測量誤差加大和重復性較差。需要注意避免。
2.涂層厚度測量的其他問題
a. 涂層烘烤固化后,還有一個繼續(xù)固化的緩慢過程,因條件限制, 工廠一般取下產(chǎn)品后就會測量。如過一兩天后再測,往往厚度會少1~3微米。
b. 至于切片法測厚,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)移法測厚是在平面上隨機取點,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)。兩者因取點方法不同、位置不同,兩者讀數(shù)會有不同。但兩者有互相參考價值,可分析對比找出原因。