涂镀层测厚仪及其相关的测试原理及应用
时间：2012-08-10 阅读：647
适用导电金属上的非导电层厚度测量.此种方法较磁性测厚法精度低
目前国内还没有用此种方法测量涂镀层厚度的,国外个别厂家有这样的仪器,适用多层涂镀层厚度的测量或则是以上两种方法都无法测量的场合.但一般价格昂贵\测量精度也不高.
此方法有别于以上三种,不属于无损检测,需要破坏涂镀层.一般精度也不高.测量起来较其他几种麻烦
此种仪器价格非常昂贵（一般在10万RMB以上）,适用于一些特殊场合.
测量原理与仪器
*磁铁（测头）与导磁钢材之间的吸力大小与处于这两者之间的距离成一定比例关系，这个距离就是覆层的厚度。利用这一原理制成测厚仪，只要覆层与基材的导磁率之差足够大，就可进行测量。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广。测厚仪基本结构由磁钢，接力簧，标尺及自停机构组成。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。当拉力刚好大于吸力，磁钢脱离的一瞬间记录下拉力的大小即可获得覆层厚度。新型的产品可以自动完成这一记录过程。不同的型号有不同的量程与适用场合。
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，价格也较低，很适合车间做现场质量控制。
采用磁感应原理时，利用从测头经过非铁磁覆层而流入铁磁基体的磁通的大小，来测定覆层厚度。也可以测定与之对应的磁阻的大小，来表示其覆层厚度。覆层越厚，则磁阻越大，磁通越小。利用磁感应原理的测厚仪，原则上可以有导磁基体上的非导磁覆层厚度。一般要求基材导磁率在500以上。如果覆层材料也有磁性，则要求与基材的导磁率之差足够大（如钢上镀镍）。当软芯上绕着线圈的测头放在被测样本上时，仪器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，仪器将该信号放大后来指示覆层厚度。近年来的电路设计引入稳频、锁相、温度补偿等地新技术，利用磁阻来调制测量信号。还采用设计的集成电路，引入微机，使测量精度和重现性有了大幅度的提高（几乎达一个数量级）。现代的磁感应测厚仪，分辨率达到0.1um，允许误差达1%，量程达10mm。
磁性原理测厚仪可应用来测量钢铁表面的油漆层，瓷、搪瓷防护层，塑料、橡胶覆层，包括镍铬在内的各种有色金属电镀层，以及化工石油待业的各种防腐涂层。
高频交流信号在测头线圈中产生电磁场，测头靠近导体时，就在其中形成涡流。测头离导电基体愈近，则涡流愈大，反射阻抗也愈大。这个反馈作用量表征了测头与导电基体之间距离的大小，也就是导电基体上非导电覆层厚度的大小。由于这类测头专门测量非铁磁金属基材上的覆层厚度，所以通常称之为非磁性测头。非磁性测头采用高频材料做线圈铁芯，例如铂镍合金或其它新材料。与磁感应原理比较，主要区别是测头不同，信号的频率不同，信号的大小、标度关系不同。与磁感应测厚仪一样，涡流测厚仪也达到了分辨率0.1um，允许误差1%，量程10mm的高水平。
采用电涡流原理的测厚仪，原则上对所有导电体上的非导电体覆层均可测量，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。覆层材料有一定的导电性，通过校准同样也可测量，但要求两者的导电率之比至少相差3-5倍（如铜上镀铬）。虽然钢铁基体亦为导电体，但这类任务还是采用磁性原理测量较为合适
1．影响因素的有关说明
a基体金属磁性质
磁性法测厚受基体金属磁性变化的影响（在实际应用中，低碳钢磁性的变化可以认为是轻微的），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；亦可用待涂覆试件进行校准。
b基体金属电性质
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分及热处理方法有关。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。
c基体金属厚度
每一种仪器都有一个基体金属的临界厚度。大于这个厚度，测量就不受基体金属厚度的影响。本仪器的临界厚度值见附表1。
d边缘效应
本仪器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。
e曲率
试件的曲率对测量有影响。这种影响总是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是不可靠的。
f试件的变形
测头会使软覆盖层试件变形，因此在这些试件上测出可靠的数据。
g表面粗糙度
基体金属和覆盖层的表面粗糙程度对测量有影响。粗糙程度增大，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，在不同位置上应增加测量的次数，以克服这种偶然误差。如果基体金属粗糙，还必须在未涂覆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除去覆盖层后，再校对仪器的零点。
g磁场
周围各种电气设备所产生的强磁场，会严重地干扰磁性法测厚工作。
h附着物质
本仪器对那些妨碍测头与覆盖层表面紧密接触的附着物质敏感，因此，必须清除附着物质，以保证仪器测头和被测试件表面直接接触。
i测头压力
测头置于试件上所施加的压力大小会影响测量的读数，因此，要保持压力恒定。
j测头的取向
测头的放置方式对测量有影响。在测量中，应当使测头与试样表面保持垂直。
2．使用仪器时应当遵守的规定
a基体金属特性
对于磁性方法，标准片的基体金属的磁性和表面粗糙度，应当与试件基体金属的磁性和表面粗糙度相似。
对于涡流方法，标准片基体金属的电性质，应当与试件基体金属的电性质相似。
b基体金属厚度
检查基体金属厚度是否超过临界厚度，如果没有，可采用3.3中的某种方法进行校准。
c边缘效应
不应在紧靠试件的突变处，如边缘、洞和内转角等处进行测量。
d曲率
不应在试件的弯曲表面上测量。
e读数次数
通常由于仪器的每次读数并不*相同，因此必须在每一测量面积内取几个读数。覆盖层厚度的局部差异，也要求在任一给定的面积内进行多次测量，表面粗造时更应如此。
f表面清洁度
测量前，应清除表面上的任何附着物质，如尘土、油脂及腐蚀产物等，但不要除去任何覆盖层物质
哪类不锈钢是磁性哪类是非磁性
人们常以为磁铁吸附不锈钢材，验证其优劣和真伪，不吸无磁，认为是好的，货真价实；吸者有磁性，则认为是冒牌假货。其实，这是一种极其片面的、不切实的错误的辨别方法。
不锈钢的种类繁多，常温下按组织结构可分为几类：
1．奥氏体型：如304、321、316、310等；是无磁或弱磁性
2．马氏体或铁素体型：如404B，430、420、410等；是有磁性的。
通常用作装饰管板的不锈钢多数是奥氏体型的304材质，一般来讲是无磁或弱磁的，但因冶炼造成化学成分波动或加工状态不同也可能出现磁性，但这不能认为是冒牌或不合格，这是什么原因呢？
上面提到奥氏体是无磁或弱磁性，而马氏体或铁素体是带磁性的，由于冶炼时成分偏析或热处理不当，会造成奥氏体304不锈钢中少量马氏体或铁素体组织。这样，304不锈钢中就会带有微弱的磁性。
另外，304不锈钢经过冷加工，组织结构也会向马氏体转化，冷加工变形度越大，马氏体转化越多，钢的磁性也越大。如同一批号的钢带，生产Φ76管，无明显磁感，生产Φ9.5管。因泠弯变形较大磁感就明显一些，生产方矩形管因变形量比圆管大，特别是折角部分，变形更激烈磁性更明显。
要想*消除上述原因造成的304钢的磁性，可通过高温固溶处理开恢复稳定奥氏体组织，从而消去磁性。
特别要提出的是，因上面原因造成的304不锈钢的磁性，与其他材质的不锈钢，如430、碳钢的磁性*不是同一级别的，也就是说304钢的磁性始终显示的是弱磁性。
这就告诉我们，如果不锈钢带弱磁性或*不带磁性，应判别为304或316材质；如果与碳钢的磁性一样，显示出强磁性，因判别为不是304材
目前，国内国外不管是出名的品牌还是一般的生产厂家，其测厚仪的操作方法均需要如下步骤：
1调零，即在特定的零板上调零，或在需要测量的原基材上调零；
2根据测量产品的不同测量范围，用适当的测试片调值，以减少测量上的误差。这种方法一般情况下，仪器新购使用时还是没有什么问题的，只是比较繁琐一点。但当探头使用一段时间后，问题就出来了。操作中我们的仪器测量精度大大减小了。很难把握。原因在于产品的原理，这是一个致命的缺陷，即探头是使用一根磁铁绕线圈。通上电流后产生磁场，这个磁场是不规则的。还好，现在有一款新型的涂层测厚仪，它采用的是的磁感技术。也就是我们知道的霍尔效应，霍尔于1879年发现的。通过研究霍尔电压与工作电流的关系，测量电磁铁磁场、磁导率、研究霍尔电压与磁场的关系,霍尔发现这个电位差UH与电流强度IH成正比，与磁感应强度B成正比，与薄片的厚度d成反比。这个磁场是就变成规则的。该原理运用在涂层测厚仪上面就无需再调测试片了。特别是测量圆弧的或凹面的产品时，使用更为简单和方便了。
麦考特测厚仪根据量程大小可分为G6，F6，G7，F7，S3，S5，S10和S20以及笔式测厚仪等各种不同规格的测厚仪,小的测量范围是0-100微米，大的是7.5-20毫米；又根据表现形式分为圆盘指针式的和数字显示的（如新型的G7，F7等）；还根据外观的不同分为香蕉形的（俗称）和笔式测厚仪,特别要注意的是，EPK还有二种特殊规格的麦考特测厚仪：即测量铜铝塑料基底上镀镍的Ni50，Ni100和测量铁基底上镀镍的NiFe50。
二、MikroTest涂层测厚仪测量原理及应用
所有MikroTest涂层测厚仪都是依据磁吸力的测量原理进行设计生产的。测量磁钢与磁性基体间的磁吸力与盘状弹簧的弹力平衡，盘状弹簧的旋转弹力的大小与涂层厚度有直接关系。
MikroTest涂层测厚仪中G6，F6，G7，F7，S3，S5，S10和S20型主要用于测量钢铁基体上的非磁性涂镀层；Ni50和Ni100主要用于测量铜铝塑料基底上镀镍；NiFe50主要用于测量钢铁基体上的镀镍层。
三、MikroTest涂层测厚仪技术参数
| 型 号 | 测量范围 | 读 值 精 度 ± | 小测量区直径mm | 基体小厚度mm | 适 用 场合 |
| Mikrotest 6 G | 0-100um | 1um或5％读值 | 20mm | 0.5 | 钢、铁基体上电镀层、漆、搪瓷、塑料、橡胶层等 |
| Mikrotest 6 F | 0-1000um | 3um或5％读值 | 30mm | 0.5 | |
| Mikrotest 6 S3 | 0.2-3mm | 5％读值 | 30mm | 1.0 | |
| Mikrotest 6 S5 | 0.5-5mm | 5％读值 | 50mm | 1.0 | |
| Mikrotest 6 S10 | 2.5-10mm | 5％读值 | 50mm | 2.0 | |
| Mikrotest 6 S20 | 7.5-20mm | 5％读值 | 100mm | 7.0 | |
| Mikrotest 6 Ni50 | 0-50um | 1um或5％读值 | 15mm | 非铁基体上镀镍层 | |
| Mikrotest 6 Ni100 | 0-100um | 1um或5％读值 | 15mm | ||
| Mikrotest NiFe50 | 0-50um | 2um或8％读值 | 20mm | 0.5 | 钢铁基体上电镀镍 |
| Mikrotest 7 G | 0-300um | 2um或3％读值 | 20mm | 0.5 | 钢、铁基体上电镀层、漆、搪瓷、塑料、橡胶层等 |
| Mikrotest 7 F | 0-1500um | 5um或3％读值 | 30mm | 0.5 | |
| Mikrotest 7 S5 | 0.5-5mm | 4％读值 | 50mm |