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技術(shù)文章

麥考特涂層測厚儀的原理

麥考特涂層測厚儀的原理


在對(duì)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)國家和國際標(biāo)準(zhǔn)中稱為覆層（coating）或涂層。

涂層和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)的必備手段。為使產(chǎn)品國際化，我國出口商品和涉外項(xiàng)目中，對(duì)涂層覆層厚度測量有了明確的要求和規(guī)定。

涂層覆層厚度的測量方法主要有：楔切法涂層測量，光截法涂層測量，電解法涂層測量，厚度差測量法，稱重法涂層測量，X射線熒光法涂層測量，β射線反向散射法涂層測量，電容法涂層測量、磁性測量法涂層測量及渦流測量法涂層測量等。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涂層厚度，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(hào)大于3的鍍層測量。電容法僅在薄導(dǎo)電體的絕緣覆層涂層測厚時(shí)采用。

隨著科學(xué)技術(shù)的日益進(jìn)步，特別是近年來引入微機(jī)技術(shù)后，采用磁性法測量涂層和渦流法的涂層測厚儀測厚儀向微型、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。涂層測厚儀適用范圍廣，量程寬、操作簡便且價(jià)廉，是工業(yè)和科研使用*廣泛的涂層測厚儀器。

涂層測厚儀采用無損方法既不破壞覆層也不破壞基材，檢測速度快，能使大量的檢測涂層工作經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行。

測量原理與儀器

一． 麥考特磁吸力測量原理及測厚儀

長久磁鐵（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。涂層測厚儀利用這一原理制成涂層測厚儀，只要覆層與基材的導(dǎo)磁率之差足夠大，就可進(jìn)行涂層測量。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*廣。涂層測厚儀基本結(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涂層覆層厚度。新型的產(chǎn)品可以自動(dòng)完成這一記錄過程。不同的型號(hào)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)測量涂層的原理

采用磁感應(yīng)原理測量涂層時(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，來測定涂層覆層厚度。也可以測定與之對(duì)應(yīng)的磁阻的大小，來表示其涂層覆層厚度。涂層覆層越厚，則磁阻越大，磁通越小。利用磁感應(yīng)原理的涂層測厚儀，原則上可以有導(dǎo)磁基體上的非導(dǎo)磁涂層覆層厚度。一般要求基材導(dǎo)磁率在500以上。如果涂層覆層材料也有磁性，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)，涂層測厚儀器自動(dòng)輸出測試電流或測試信號(hào)。早期的產(chǎn)品采用指針式表頭，測量感應(yīng)電動(dòng)勢的大小，涂層測厚儀儀器將該信號(hào)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(hào)。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(jí)）。現(xiàn)代的磁感應(yīng)涂層測厚儀，分辨率達(dá)到0.1um，允許誤差達(dá)1%，量程達(dá)10mm。

磁性原理涂層測厚儀可應(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)的各種防腐涂層厚度。

三． qnix電渦流測量原理涂層測厚儀

高頻交流信號(hào)在測頭線圈中產(chǎn)生電磁場，測頭靠近導(dǎo)體時(shí)，就在其中形成渦流。測頭離導(dǎo)電基體愈近，則渦流愈大，反射阻抗也愈大。這個(gè)反饋?zhàn)饔昧勘碚髁藴y頭與導(dǎo)電基體之間距離的大小，也就是導(dǎo)電基體上非導(dǎo)電覆層厚度的大小。由于這類涂層測厚儀測頭專門測量非鐵磁金屬基材上的涂層覆層厚度，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)別是涂層測厚儀測頭不同，信號(hào)的頻率不同，信號(hào)的大小、標(biāo)度關(guān)系不同。與磁感應(yīng)涂層測厚儀一樣，渦流測厚儀也達(dá)到了分辨率0.1um，允許誤差1%，量程10mm的高水平。

采用電渦流原理的涂層測厚儀，原則上對(duì)所有導(dǎo)電體上的非導(dǎo)電體覆層涂層均可測量，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。涂層覆層材料有一定的導(dǎo)電性，通過校準(zhǔn)同樣也可測量，但要求兩者的導(dǎo)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(dǎo)電體，但這類任務(wù)還是采用磁性原理測量涂層厚度較為合適

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