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涂层测厚仪

涂层测厚仪

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涂层测厚仪,可无损地测量磁性金属基体(如钢、铁、合金和硬磁性钢等)上非磁性涂层的厚度(如铝、铬、铜、珐琅、橡胶、油漆等) 及非磁性金属基体(如铜、铝、锌、锡等)上非导电覆层的厚度(如:珐琅、橡胶、油漆、塑料等)。涂镀层测厚仪具有测量误差小、可靠性高、稳定性好、操作简便等特点,是控制和保证产品质量必不可少的检测仪器,广泛地应用在制造业、金属加工业、化工业、商检等检测领域。
 
 
概述涂层测厚仪是测量各种金属材料上的油漆层、氧化层、镀层等。
1 原理内容
对材料表面保护、装饰形成的覆盖层,如涂层、镀层、敷层、贴层、化学生成膜等,在有关国家和国际标准中称为覆层(coating)。 
涂层测厚仪
 
TT270涂层测厚仪
覆层厚度测量已成为加工工业、表面工程质量检测的重要一环,是产品达到优等质量标准的必备手段。为使产品国际化,我国出口商品和涉外项目中,对覆层厚度有了明确的要求。
覆层厚度的测量方法主要有:楔切法,光截法,电解法,厚度差测量法,称重法,X射线荧光法,β射线反向散射法,电容法、磁性测量法及涡流测量法等。这些方法中前五种是有损检测,测量手段繁琐,速度慢,多适用于抽样检验。
X射线和β射线法是无接触无损测量,但装置复杂昂贵,测量范围较小。因有放射源,使用者必须遵守射线防护规范。X射线法可测极薄镀层、双镀层、合金镀层。β射线法适合镀层和底材原子序号大于3的镀层测量。电容法仅在薄导电体的绝缘覆层测厚时采用。
随着技术的日益进步,特别是近年来引入微机技术后,采用磁性法和涡流法的测厚仪向微型、智能、多功能、高精度、实用化的方向进了一步。测量的分辨率已达0.1微米,精度可达到1%,有了大幅度的提高。它适用范围广,量程宽、操作简便且价廉,是工业和科研使用最广泛的测厚仪器。
采用无损方法既不破坏覆层也不破坏基材,检测速度快,能使大量的检测工作经济地进行。
测量原理与仪器
一. 磁吸力测量原理及测厚仪
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。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最广。
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。
二. 磁感应测量原理
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0.1um,允许误差达1%,量程达10mm。
磁性原理测厚仪可应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,以及化工石油待业的各种防腐涂层。
三. 电涡流测量原理
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
影响涂层测厚仪测量值精度的因素
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 特性介绍
1.自动测量不会发生误操作
2.易于掌握并具有极高精度
3.不用校准、设定、检测简便
4.不需要电池或其他电源
5.自动报出厚度读值
6.用无损测头,一点测定数值
7.金属铠装适于室外频繁操作使用
8.抗机械冲击、耐酸及溶剂腐蚀
9.平衡装置消除地心引力影响,可在任意方向和管内准确测量。
3 基本功能
1、具有两种测量方式:连续测量方式(CONTINUE)和单次测量方式(SINGLE);
2、具有两种工作方式:直接方式(DIRECT)和成组方式(Appl);
3、设有五个统计量:平均值(MEAN)、最大值(MAX)、最小值(MIN)、测试次数(NO.)、标准偏差(S.DEV);
4、可采用两种方法对仪器进行校准,并可用基本校准法对测头的系统误差进行修正;
5、具有存贮功能:可存贮500个测量值;
6、具有删除功能:对测量中出现的单个可疑数据进行删除,也可删除存贮区内的所有数据,以便进行新的测量;
7、可设置限界:对限界外的测量值能自动报警;并可用直方图对一批测量值进行分析;
8、具有打印功能:可打印测量值、统计值、限界、直方图;
9、具有与PC机通讯的功能:可将测量值、统计值传输至PC机,以便对数据进行进一步处理;
10、设有两种关机方式:手动关机方式和自动关机方式。
 
5 有关说明
 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。
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。
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。
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。
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。
 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。
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。
6 遵守规定
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完全相同,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

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