镀覆盖层厚度测试技术 学习笔记

一. 覆盖层厚度测测量方法及其选择

  • 测量方式
    接触测量:测头与工件表面直接接触,并有机械力存在。
    非接触测量:不直接接触,如射线法。
  • 破坏
    有损测量:阳极溶解库伦法 、光学法(包括覆层断面显微测量、干涉法光学装置测量、偏振光法光学装置测测量、扫描电镜测量)、化学溶解法(包括点滴法,液流法、称重法)、轮廓仪法和机械法等
    无损测量:为磁法、涡流法、射线法(包括B射线反散射法、荧光Xx射线法等)、光学法(包括光切法、光电法、双光束干涉法等)、电容法、微波法、热电势法和石英振荡法等。
    除了上述方法外,还有电压击穿法、光谱法、超声法、热场法等,但在覆层厚度测量中应用很少,以磁法、涡流法、射级反散射法、荧光射线法和阳极溶解库仑法应用最为广泛
  • 基体及覆层材料
    各种有覆层的机械制品中,根据覆层和基体的材料不同,如铁磁材料、非铁磁材料和非导电材料,可将它们的组合,以磁法和涡流法为例,若基体与覆层为同一类型材料时,则测量覆层厚度比较困难,特别是两者的物理参数都十分相近时就几乎无法测量。
  • 不同基体覆层测量方法


    各种材料覆层厚度的测量方法
  • 测量误差
    方法误差:包括材料特性、几何外形、校准位置等。
    仪器误差:电源电压变化、温度、测头磨损。
    环境:温度、磁场、湿度等。
    人员:主观因素

二. 磁法覆层厚度测量
利用铁质基体与覆层磁导率不同进行测量,是应用最为广泛的一种方法。
主要用来测量铁磁基体上的非磁性覆盖层,或是非磁性基上的磁性覆盖层
根据测量原理分为:磁力法、场强法、矫顽力法和磁感应法。其中磁感应法又称为磁阻法,灵敏度高、测量范围宽,测量准确度高,应用最为普遍。

  1. 磁力法:
  • 直接脱开式厚度计:测量仪磁性测头对磁性基体有吸力,覆层则会改变吸引力大小。测头吸在覆层表面,拉脱测头,显示厚度值。


    直接脱开式测厚仪
  • 可控脱开式磁力覆层厚度计:卷簧控制,可测量任意方向覆层厚度。


    可控脱开式测厚仪
  • 电磁式磁力覆层厚度计

  1. 场强式覆层厚度测量:又称为磁感应强度或磁通式覆层测厚仪,通常利用霍尔元件测量,故又称为霍尔磁法覆层测厚仪。由磁场源、霍尔传感器等组成。
  2. 矫顽力法覆层厚度测量:主要用于铁磁材料淬硬层的厚度测量。被测试样施加的磁场强度加到饱和后再减弱下来,磁通密度B也跟着下降,当磁场强度H回到0时,还有一剩余磁通密度,成为顽磁,要使B减到0必须施加一个负的磁场强度,称作矫顽力。零件的矫顽力和硬化层的厚度有关系。
  3. 磁感应法覆层测厚仪:测头和工件间的非磁性覆层厚度不同,磁路的磁阻不同。也称为磁阻法,分直流和交流磁阻。直流磁阻测量,不会产生涡流,测量误差小。交流磁阻主要测量铁磁基体上的非磁性覆层。
  • 磁感应法的特殊测量方法: 无法在原基体上校准时候
    测量前,现在相同被测件或相同材料的裸基体上校准。无法采用这种方法校准时,可采用单箔法和双箔法测量。
    • 单箔法
      可根据所选的量程,用测厚仪附带的基片和箔片进行始值0和终值(箔片厚度)校准,然后测量覆层,然后以已知厚度箔片置于同一位置,测出箔片和涂层总厚度,然后计算出覆层厚度。
      d = TA/(B-A), 也就是:[箔片厚度/测量计算的箔片厚度]测量的涂层厚度
      其中 d- 涂层
      T - 箔片厚度
      A - 涂层厚度测量值
      B - 覆层和箔片总测量值
    • 双箔法:与单箔法类似,只是分别放已知厚度的箔片1 和 箔片2 分别测总厚度,误差更小一些。
      d = (T1-T2)A/(B1-B2), 也就是[箔片厚度差/测量厚度计算的箔片厚度差]测量的涂层厚度
      其中 d- 涂层
      T1、T2 - 箔片厚度
      B1 、B2 - 箔片1 和 箔片2与涂层一起测量的厚度
  1. 影响磁法检测的因素: 包括
  • 基体的物理特性:含碳量、轧制方向(影响磁导率),硬度
  • 覆层的物理特性: 成分、致密度、应力等 都会影响电导率
  • 基体厚度:厚度在6mm以下误差较大,6mm以上误差相对较小。
  • 基体曲率: 曲率对测量结果影响较大,如校准和测量条件一样,可抑制影响,曲率表面测量测头应有V型定位套,最好采用单点式测头。
  • 边缘距离和表面尺寸:测头靠近边缘,磁场分布发生变化,产生边缘效应,测量值偏大。
  • 表面粗糙度:粗糙度越大,测量值偏大。Ra0.35以下影响较小。

涡流法覆层厚度测量
电涡流法简称涡流法,实质是一种电磁法,利用交流电磁场在被测导体中产生涡流效应,主要测量非磁性导电基体上的非磁性导电覆盖层厚度。最普遍是测量铝制表面的阳极氧化膜、铝或铜表面的涂层或其他非导电覆盖层,以及非导电基体上的铜箔厚度等。
载流线圈的阻抗随覆层厚度变化而变化。

  • 非磁性导电基体 + 非磁性导电覆层 :二者电导率差别越大,测量分辨率越高,灵敏度越高。通常要求二者电导率应满足 比值大于2.
    涡流法测多层铜镍铬,利用不同频率测不同覆层厚度。

光学法
切片 镶嵌 浸蚀

断面显微镜测厚用浸蚀剂

《覆层厚度测试技术》宜昌图书馆TG174 35
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