渦流涂層測厚技術(shù)的基本原理和標(biāo)準(zhǔn)

現(xiàn)代工程材料開發(fā)與應(yīng)用實(shí)踐表明，鋁、銅、鋅等各種有色金屬材料及其合金材料在航空、建材、冶金、輕工、機(jī)械、儀表、化工等行業(yè)的廣泛應(yīng)用，往往都需借助氧化膜、油漆、噴塑、橡膠等表面覆蓋層的防腐保護(hù)，延長其使用壽命。應(yīng)用電渦流技術(shù)開發(fā)的渦流涂鍍層測厚儀，則是無損測量上列非磁性金屬基體上非導(dǎo)電覆蓋層厚度的有效手段。

　　渦流涂層測厚儀的基本工作原理是：當(dāng)測頭與被測試樣接觸時(shí)，測頭裝置所產(chǎn)生的高頻電磁場，使置于測頭下面的金屬導(dǎo)體產(chǎn)生渦流，其振幅和相位是導(dǎo)體與測頭之間非導(dǎo)電覆蓋層厚度的函數(shù)，即該渦流產(chǎn)生的交變電磁場會改變測頭參數(shù)，而測頭參數(shù)變量的大小則取決于涂鍍層的厚度。通過測量測頭參數(shù)變量的大小，并將這一電信號轉(zhuǎn)換處理，即可得到被測涂鍍層的厚度值。

　　二、渦流涂層測厚方法標(biāo)準(zhǔn)概況

　　在國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T4957-85《非磁性金屬基體上非導(dǎo)電覆蓋層厚度測量渦流方法》(等效采用標(biāo)準(zhǔn)ISO 2360-1982)中，對涂層測厚儀的標(biāo)準(zhǔn)、操作程序和影響測量精度的因素及其注意事項(xiàng)作了詳細(xì)地闡述。其中有關(guān)影響測量精度因素的條款，應(yīng)視作渦流涂鍍層測厚儀開發(fā)應(yīng)用必須遵循的指導(dǎo)性文件，這些影響測量精度的主要因素包括：

　　1、覆蓋層厚度大于25μm時(shí)，其誤差與覆蓋層厚度近似成正比。

　　2、基體金屬的電導(dǎo)率對測量有影響，它與基體金屬材料成分及熱處理方法有關(guān)。

　　3、任何一種測厚儀都要求基體金屬有一個(gè)臨界厚度，只有大于這個(gè)厚度，測量才不會受基體金屬厚度的影響。

　　4、涂層測厚儀對試樣測定存在邊緣效應(yīng)，即對靠近試樣邊緣或內(nèi)轉(zhuǎn)角處的測量是不可靠的。

　　5、試樣的曲率對測量有影響，這種影響將隨著曲率半徑的減小明顯地增大。

　　6、基體金屬和覆蓋層的表面粗糙度影響測量精 度，粗糙程度增加，影響增大。

　　7、渦流測厚儀對妨礙測頭與覆蓋層表面緊密接觸的附著物質(zhì)敏感，因此測量前應(yīng)清除測頭和覆蓋層表面的污物，測量時(shí)應(yīng)使測頭與測試表面保持恒壓垂直接觸。

　　以上各項(xiàng)要點(diǎn)，既嚴(yán)格規(guī)范了顧客實(shí)施測厚全過程的工作質(zhì)量，又為生產(chǎn)廠商提供了儀器開發(fā)必須遵循的設(shè)計(jì)依據(jù)，因而有力地促進(jìn)了渦流測厚技術(shù)的總體發(fā)展。

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。

　　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(shí)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(jià)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(gè)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(jiān)固耐用、不用電源，測量前無須校準(zhǔn)，價(jià)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(shí)，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(shí)，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(jì)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(jì)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(gè)數(shù)量級)?，F(xiàn)代的磁感應(yīng)測厚儀，分辨率達(dá)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(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。