涂層測厚儀測量原理及分類

對材料表面起保護，裝飾作用的覆蓋層，如涂層，鍍層，敷層，貼層，化學生成膜等，在一些國家和標準中稱為覆層（coating）。  

    覆層厚度測量已成為加工工業(yè)、表面工程質(zhì)量檢測的重要環(huán)節(jié)，是產(chǎn)品達到優(yōu)等質(zhì)量標準的必要手段。為使產(chǎn)品化，我國出口商品和涉外項目中，對覆層厚度有了明確要求。 

    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。 

    X射線和β射線法是無接觸無損測量，但裝置復雜昂貴，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。電容法僅在薄導電體的絕緣覆層測厚時采用。

    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)濟地進行。 
一． 磁吸力測量原理及測厚儀 
    *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，所以磁性測厚儀應用zui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． 磁感應測量原理 
    采用磁感應原理時，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)代的磁感應測厚儀，分辨率達磁感應測厚儀_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用來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），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（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。