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涂层测厚仪的原理和影响测量的若干因素

涂层测厚仪的原理和影响测量的若干因素
我们在对材料表面保护、装饰形成的覆盖层,如涂层、镀层、敷层、贴层、化学生成膜等,在有关国家和国际标准中称为覆层(coating)或涂层。

   涂层和覆层测量已成为加工工业、表面工程质量检测的重要一环,是产品达到优等质量标准的必备手段。为使产品国际化,我国出口商品和涉外项目中,对涂层覆层厚度测量有了明确的要求和规定。
    涂层厚度的测量方法主要有:楔切法涂层测量,光截法涂层测量,电解法涂层测量,厚度差测量法,称重法涂层测量,χ射线荧光法涂层测量,β射线反向散射法涂层测量,电容法涂层测量,磁性测量法和涡流测量法测量厚度等。涂层测厚仪适用范围广、量程宽、操作简便且价廉,是工业和科研使用蕞广泛的涂层测厚仪
仪器的测量原理
一、磁吸引力测量原理及涂层测厚仪
   永久探头与导磁钢材之间的吸力大小与处在这两者之间的距离成一定比例关系。这个距离就是涂层的厚度。根据这一原理制成涂层测厚仪,只要涂层与基体的导磁率之间足够大,就可进行涂层测量。鉴于大多数工业品采用结构钢和热轧冷轧钢板冲压成型,所以磁性测厚仪应用蕞广。涂层测厚仪基本结构由磁钢,接力簧,标尺及自动停机构组成。磁钢与被测物吸合后,将测量簧在其后逐渐拉长,拉力逐渐增大。当拉力刚好大于吸引力,磁钢脱离的一瞬间记录下拉力的大小即可获得涂层厚度。这种仪器的特点是操作简便、坚固耐用、不用电源,测量前无须校准,价格比较低,很适合车间做现场质量控制。
二、磁感应法测量涂层的原理 
   采用磁感应原理测量涂层时,利用探头经过非铁磁涂层而流入铁磁基体的磁通的大小,来测定涂层厚度。也可以测定与之对应的磁阻大小,来表示其涂层覆层厚度。涂层越厚,则磁阻越大,磁通越小。利用磁感应的涂层测厚仪,原则上可以有导磁基体上的非导磁涂层厚度。一般要求基体导磁率在500以上。如果涂层材料也有磁性,则要求与基体的导磁率之间的差足够大(如钢上镀镍)。当软芯上绕着线圈的探头放在被测样片上时,涂层测厚仪自动输出测试电流或测试信号。早期的产品采用指针式表头,测量感应电动势的大小,涂层测厚仪将该信号放大后来指示涂层厚度。近几年来采用了专业设计的集成电路,引入单片微机,增加先进的工具,使测量精度和重现性有了大幅度的提高。磁性原理涂层测厚仪可应用来精确测量钢铁表面的油漆层,瓷、搪瓷防护层,塑料、橡胶涂层,以及化工石油业的各种防腐涂层的厚度。
三、电涡流测量原理   
   高频交流信号在探头线圈中产生电磁场,探头靠近导体时,就在其中形成涡流。探头离导电基体愈近,则涡流愈大,反射阻抗也愈大。这个反馈作用量表征了探头与导电基体之间距离的大小,也就是导电基体上非导电涂层厚度的大小。由于这类涂层测厚仪探头专门测量非铁磁金属基体上的涂层厚度,所以通常称为非磁性探头。非磁性探头采用高频材料做线圈芯。与磁感应原理比较,主要区别是涂层测厚仪探头不同,信号频率不同,信号的大小、标度关系不同。采用电涡流原理的涂层测厚仪,原则上对所有导电基体上的非导电涂层均可测量,如航天航空器表面、车辆、家电、铝合金门窗及其它铝制品表面的漆,塑料涂层及阳极氧化膜。涂层材料有一定的导电性,通过校准同样也可测量,但要求两者导电率之比至少相差3-5倍。虽然钢铁基体亦为导体,但这类任务还是采用磁性原理测量涂层厚度较为合适。
   影响涂层测厚仪测量的若干因素。磁性法测量厚度受基体金属性变化的影响(在实际应用中,低碳钢磁性的变化可认为是轻微的),为了避免热处理和冷加工因素的影响,应使用与试件基体金属具有相同性质的标准片对仪器进行校准;基体金属的电导率对测量有影响,而基体金属的电导率与其材料成份及热处理方法有关。使用与试件基体金属具有相同性质的标准片对仪器进行校准;每一种仪器都有一个临界厚度,大于这个厚度,测量就不受基体金属厚度的影响;对试件表面形状的陡变敏感,因此在靠近试件边缘或内转角处进行测量是不可靠的;试件的曲率对测量有影响,随着曲率半径的减少明显地增大,因此,在弯曲试件的表面上测量也是不可靠的;探头会使软涂层试件变形,因此在这些试件上测不出可靠的数据;基体金属和涂层的表面粗糙度对测量有影响。粗糙度增大,影响增大,粗糙表面会引起系统误差和偶然误差,每次测量时,在不同的位置上应增加测量的次数,以克服这种偶然误差。如果基体上基体金属粗糙,还必须在未涂的粗糙度相类似的基体金属试件上取几个位置校对仪器的零点,或用对基体金属没有腐蚀的溶液溶解去除涂层后,再校对仪器的零点;周围各种电气设备所产生的强磁场,会严重干扰磁性测厚工作;那些妨碍探头与涂层表面紧密接触的附着物质,必须清除,在测量中,要保持压力恒定,探头与试件表面保持垂直,才能达到精确的测量。   
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