涂镀层厚度检测方法

涂镀层厚度检测方法

目前采用的涂镀层厚度测量方法主要有电量法、电解法、磁性/涡流测厚法、X射线测厚法、超声波测厚法以及光学测厚法等。

按有无破坏性，表面涂镀层厚度测试方法可分为有损检测和无损检测。有损检测方法主要有计时液流测厚法、溶解法、电解测厚法等，这种方法一般比较繁琐，主要用于实验室。目前也有便携式测厚仪，适合在现场使用。常用的无损检测方法有库仑-电荷法、磁性测厚法、涡流测厚法、超声波测厚法和放射测厚法等，各种无损测厚法均有成型的仪器设备，使用起来方便简单，且无需对表面涂镀层进行破坏。因此，该方法已得到了广泛的应用。

1电量法测厚

镀层电量法测厚的根本原理是根据1838年建立的法拉第定律测量，即通过安培小时计测量刷镀过程中的电量，然后在假设所有通过电量均用于镀层沉积的条件下计算镀层的厚度。

但是，采用该方法进行镀层厚度测量时，一般认为耗电系数是恒定的，因而导致了测量结果的系统误差。

2电解法(库仑法)测厚

电解法的原理是在镀层表面的已知面积上，以恒定的直流电流在适当的溶液中溶解镀层金属。当镀层金属溶解完毕，裸露基体金属或中间层镀层时，电解池电压发生跃变，即指示测量已达终点。镀层的厚度根据溶解镀层金属消耗的电量、镀层被溶解的面积、镀层金属的电化当量、密度及阳极溶解的电流效率计算确定。

根据电解法设计的电解测厚仪的测厚过程类似于电镀，但化学反应的方向正好相反，即通过对被测部分的金属镀层进行局部阳极溶解，通过阳极溶解镀层达到基体时的电位变化及所需时间来进行镀层厚度的测量。电解测厚仪具有测量准确、不受基体材料影响、重现性好和使用简便等优点，在国内外电镀行业得到了广泛应用。与其他测厚仪相比，电解测厚仪还具有一个突出的优点就是能够测量多镍镀层中每层镍的厚度及各镀层之间的电化学电位差。

3磁性测厚

磁性测厚法可分为2种：磁吸力测厚法和磁感应测厚法。

磁吸力测厚法的测厚原理：永久磁铁(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。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。

磁感应测厚法的基本原理：利用基体上的非铁磁性涂覆层在测量磁回路中形成非铁磁间隙，使线圈的磁感应强度减弱;当测量的是非铁磁性基体上的磁性涂镀层厚度时，则随着涂镀层厚度的增加，其磁感应强度也会增加。利用磁感应原理的测厚仪，原则上可以测量导磁基体上的非导磁覆层厚度，一般要求基材导磁率在500H/m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)。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、温度补偿等新技术，利用磁阻来调制测量信号。还采用专利设计的集成电路，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0.1μm，允许误差1%，量程10mm。

磁性原理测厚仪可用来精确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行业的各种防腐蚀涂层。其特点是操作简便、坚固耐用、不用电源、测量前无须校准、价格较低，适合车间做现场质量控制。

4电涡流测厚

涡流测厚仪是根据涂镀层与基体材料的导电性有足够的差异来进行金属基材上涂覆层的物性膜厚来测量的。

该方法实质上也属于电磁感应原理，但能否采用该方法进行厚度测定，与基体及涂镀层材料的导电性有关，而与其是否为磁性材料无关。其工作原理为：高频交流信号会在测头线圈中产生电磁场，当测头靠近导体时，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，例如铂镍合金或其他新材料。与磁感应原理比较，主要区别是不同的测头、不同的信号频率和大小及不同的标度关系。与磁感应测厚仪一样，涡流测厚仪也达到了分辨率0。1μm、允许误差1%、量程10mm的高水平。目前已有研究表明[5]，采用电涡流传感器在多频率多参数下可以实现钢材表面涂镀层厚度的在线测量。

采用电涡流原理的测厚仪，主要是对导电体上的非导电体覆层厚度的测量，但当覆层材料有一定的导电性时，通过校准也同样可以测量，只是要求两者的导电率之比至少相差3~5倍(如铜上镀铬)。2.5磁性/涡流测厚磁性测厚和涡流测厚均有缺点，为此，很多厂家将两者综合在一起进行测定，采用的探头有3种：F 型、N型和FN型。其中F型探头采用磁感应原理，可用于钢铁上的非磁性涂镀层，如油漆、塑料、搪瓷、铬和锌等;N型探头采用涡流原理，用于有色金属(如铜、铝、奥氏体不锈钢)上的绝缘层，如阳极氧化膜、油漆和涂料等;而FN型探头同时具有F和N型探头的功能，利用这种两用型探头，可实现在磁性和非磁性基体上自动转换测量。

6 X射线荧光测厚

X射线荧光测厚法原理：利用低能光子源发出的低能光子激发镀层物质或基底材料，根据激发出的荧光能量和强度(或基底材料荧光在镀层中的衰减)来确定被测物质元素及其厚度。

另外，还有一种采用X射线测量镀层厚度方法，是目前较为通用的方法[8]。测量原理如下：首先使凸面状的摇臂顶端与基体金属的表面镀层形成相接触的状态，然后由摇臂的轴心部位向镀层照射X射线，通过镀层反向散射，先测出来自基体金属(即镀层的里面)的反射量，再换算成镀层厚度。

7超声波测厚

超声波测厚仪可用于测量多种材料的厚度，如钢、铁、塑料和玻璃等。但是，目前国内还没有用到，国外极少数厂家有这样的仪器，适用多层涂镀层厚度测量或磁性测厚和电涡流测厚方法无法测量的场合，如德国EPK公司生产的QuintSonic型超声波测厚仪及美国DeFelsko公司生产的PosiTector100/200型超声波涂层测厚仪，对木材、塑料、玻璃、混凝土、陶瓷及金属的油漆、瓷釉和其他绝缘金属涂镀层厚度都可进行测量。其最大的特点是，只需一次测量即可测定多层涂层的总厚度及指定的各层厚度，且精度可达到(2μm±3%)。