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如何选择一款合适的涂装测厚仪

来源:沧州欧谱      2019-1-24 16:16:12      点击:
防腐蚀漆膜的厚度不同于普通装饰性的漆膜厚度,防腐蚀漆膜的厚度往往决定了防腐蚀体系的使用寿命。无论从理论计算还是具体试验结果来看,涂层的 寿命随涂层厚度的增加而增加。提高涂层的厚度,能加强涂层的隔离能力,是提高涂层寿命的有效手段。 因此,漆膜的厚度是防腐蚀涂装质量检验的重要指标 之一,企业都对产品表面的漆膜厚度做出了明确的规定,涂层厚度测量也成为加工工业、表面工程质量检 测的重要环节,是产品达到优等质量标准的必备手段。 随着测量技术的不断进步,涂层厚度检测仪器已经广 泛应用于各行各业,在使用上也非常快捷。但是如何选择测量仪器和正确使用仪器依然是一些企业面临的 问题。 

涂层厚度检测方法概述

涂层厚度的测量方法主要有楔切法、光截法、电解 法、厚度差法、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。楔切法、光截法、电解法、厚度差法、称重法是有损检测,即测量 时需要破坏涂层,而且测量手段繁琐,速度慢,主要用 于抽样检验。X射线和β射线法均属于非接触的无损 测量,但是测量装置复杂且昂贵,测量范围也较小。因 射线需要有放射源,沧州欧谱www.oupu17.com还必须遵守射线防护规范。 X 射线 法可测极薄的镀层、双镀层、合金镀层;β射线法适合 镀层和基材原子序号大于 3 的镀层测量。电容法测量 的适用范围非常有限,仅在薄导电体的绝缘层测厚时 采用。随着科学技术的日益进步,特别是近年来微机技 术的引入,使磁性和涡流的测厚仪向微型、智能、多功 能、高精度、实用化的方向发展。目前,磁性和涡流测厚 仪测量分辨率已达0.1μm,精度可达到 1%,有了显著 的提高。由于磁性和涡流测厚仪适用范围广、量程宽、 操作简便、价格低廉,并且为无损检测,因此在工业和 科研中得到最广泛的使用。采用无损方法检测厚度既 不破坏涂层也不破坏基材,检测速度快,能使大量的检 测工作经济地进行。更重要的是,无损检测厚度的方法 能够应用于生产现场进行质量控制。 

厚度的无损检测原理及仪器

虽然 X 射线荧光法、 β 射线反向散射法、磁性测 量法及涡流测量法都是无损检测,但适用于涂装生产现场的还是磁性测量法及涡流测量法。
磁吸力测量原理及测厚仪
磁吸力测量是磁性测量法的一种,利用 2 种磁性 材料之间吸力大小与距离成一定比例关系的原理制 成。利用这一原理制成测厚仪,只要涂层与基材之间 的导磁率之差足够大,就可以进行测量。如图 1 所示, 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,而这个距离就是涂 层的厚度。涂层越薄,磁引力就越大,永久磁体的位移 也就越大;涂层越厚,磁引力就越小,永久磁体的位移 也就越小。由于大多数工业品采用了具有导磁性的 钢材,所以磁性测厚仪应用十分广泛。磁吸力测厚仪的 基本结构由永久磁铁、弹簧、标尺及自停机构组成。磁 铁与被测物吸合后,将测量弹簧在其后逐渐拉长,拉力 逐渐增大。当拉力刚好大于吸力,磁铁脱离的一瞬间记 录下拉力的大小即可获得涂层的厚度。新型的磁吸力 测厚仪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,且该种仪器操作简便、坚固耐 用、不用电源,测量前无须校准,价格也较低,因此很适 合车间做现场质量控制。

磁感应测量原理及磁性测厚仪
磁感应测量也是一种磁性测量,其原理是非磁性 材料磁阻与其厚度成一定比例关系,根据从测头经过 非铁磁涂层而流入铁磁基体的磁通大小来测定涂层厚 度,也可以通过测定与之对应的磁阻大小来表示其涂 层厚度。如图 2 所示,当测头与涂层接触时,测头和磁 性金属基体就构成了一个闭合磁路,由于非磁性涂层 的存在,使磁路磁阻变化,通过测量其变化就可以导出 涂层的厚度。涂层越厚,则磁阻越大,磁通就越小。 利用磁感应原理的测厚仪,一般要求基材导磁率 在 500 以上。如果涂层的材料也有磁性,则要求与基材的导磁率之差足够大(比如钢铁表面上的镍镀层)。把 软芯上绕着线圈的测头放在被测涂层上时,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 头来测量感应电动势的大小,仪器将该信号放大后来 指示涂层厚度。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,还采用了 集成电路和引入微机,使测量精度和重现性提高近 1 个数量级。现代的磁感应测厚仪,分辨率达到 0.1 μm, 允许误差达到 1%,量程达到 10 mm。磁性测厚仪可以 用来精确测量钢铁表面的油漆层、塑料、橡胶涂层、瓷 及搪瓷防护层,还可测量包括镍铬在内的各种有色金 属镀层,以及石油化工行业中的各种防腐蚀涂层。

电涡流测量原理及电涡流测厚仪
利用高频交变电流在线圈中产生一个电磁场,将 测头与涂层接触时,金属基体上产生电涡流,并对测头 中的线圈产生反馈作用,通过测量反馈作用的大小来 导出涂层的厚度,其工作原理如图 3 所示。测头距离导 电基体愈近,则涡流就愈大,反射阻抗也就愈大。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涂层厚度的大小。根据电涡 流测量原理制成的测厚仪称为电涡流测厚仪。由于电 涡流测厚仪测头专门用于测量非铁磁金属基材上的涂 层厚度,因此被称为非磁性测头。
与磁感应原理比较,电涡流测量的原理在测头、信 号的频率、信号的大小、标度关系上都不同。但是,与磁 感应测厚仪一样,涡流测厚仪分辨率也达到了 0.1 μm,允许误差达到 1%,量程达到 10 mm。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涂层均可测量,如航空航天器、汽车、家电、铝合金门窗及 其他铝制品表面的油漆、塑料涂层及阳极氧化膜。对有 一定导电性的涂层材料,通过校准同样也可测量,如铜 上镀铬,但要求两者的导电率之比至少相差 3 ~ 5 倍。 虽然钢铁基体也能导电,但钢铁基表面的涂层还是采 用磁性原理测量比较合适。 用电涡流涂层测厚仪测量非磁性金属基体上的非 导电涂层厚度已有数十年历史,随着各种新型工程材 料的开发、微电子技术应用和标准化的推进,涡流涂层 测厚仪在电路设计、测头的多制式与通用性、新型传感 器应用、量值显示与数据打印、测控功能扩展及其智能 化等方面,都不断取得突破与创新,涡流测厚技术得 到快速发展。 
涂装测厚仪的选择

可用于现场检测的涂装测厚仪
涂装工艺中一般都会规定漆膜的干膜厚度,因此 在生产中必须对漆膜厚度进行检测,并以此调整喷涂 工艺或进行返工、修补以达到工艺要求的厚度。作为一 种质量检验控制的仪器,企业用的涂装测厚仪必须要 求能进行现场检测,并且尽可能不对产品造成破坏。 涂层干膜厚度的测量分为破坏性测试和非破坏性 测试 2 种方法。破坏性测试方法要对漆膜进行划刻等 损伤性行为,非破坏性测试方法及无损检测方法,不会 对漆膜造成损害。一般情况下都使用非破坏性的无损 测量方法,当出现争议或者需要仲裁时才使用破坏性 的测试方法。目前,干膜厚度的测量已经有很多种仪器 和方法,但每种方法都有一定的局限性,极少有能适用 于所有的涂层和环境的测量方法和仪器。磁性测厚仪 和涡流测厚仪是 2 种最常用的非破坏性检测仪器,都 适用于金属基材表面的涂层,不过磁性测厚仪适用于 导磁金属底材,而涡流测厚仪适用导电金属基材表面 防腐层的检测。磁性测厚仪和涡流测厚仪的体积和质 量都非常小,携带十分方便。 必须指出的是,磁性测厚仪和涡流测厚仪都不能 用于混凝土等非金属基材表面防腐涂层厚度的测量

涂装测厚仪的结构
涂装测厚仪一般都包括探头或测头、机体、输出装 置,但不同厂家生产的涂装测厚仪形状、结构、大小等 存在较大差异,同一厂家生产的不同型号测厚仪也各 不相同,如图 4 所示。 对于现场检测使用的涂装测厚仪,应该选择质量 较轻的便携式测厚仪。绝大多数的便携式涂装测厚仪 都具有数据存储或数据打印功能,而且还可以通过数 据线与计算机连接,进行数据拷贝、统计、分析等。因 此,现场使用的仪器体积越小越好,便于携带。

主要技术参数说明
选择涂装测厚仪时,应关注测量范围、允许误差等 技术参数,详见表 1。 

涂层测厚仪的选择
对不同的企业而言,表 1 中的参数选择可以有不 同的侧重点。比如最小曲率半径,如果企业生产的产品 都是平面的,就没有必要关注,但是对于生产圆形或圆 柱形小型零件或产品的企业,则必须选择最小凸面曲 率半径足够小的涂装测厚仪。再如工程机械生产企业, 由于产品都是采用厚板制成,关注最小基体厚度就没 有实际意义。 目前,国内市场上能够买到的涂装测厚仪很多,不 仅有国内品牌如时代、德奥顺,还有日本 KETT,德国BYK、EPK、Erichsen,美国 Defelsko、LEE 等大量国 外的品牌。不同品牌不同型号的涂装测厚仪在功能、结 构、外观、质量上各不相同,可通过企业网站或国内代 理商进行查询。作为涂装生产现场用的涂装测厚仪,应 该选择便携式的,即质量轻;为保证数据真实性,应具 备现场打印功能;另外,为了进行检测数据的分析,涂 装生产现场使用的涂装测厚仪应具有数据存储功能和 计算机数据接口,可将检测数据定期传输到计算机中, 对数据进行汇总、整理、分析。当然,一些涂装测厚仪本 身就带有平均值、标准偏差、读数个数、最大值、最小值 等统计功能。企业可根据自身的需要、使用习惯等选择 适合的涂装测厚仪。另外进口品牌和国产品牌之间价 格悬殊,企业可根据自身的条件进行选择。 
涂装测厚仪的使用

即使相同的涂层测厚仪,不同的人或对不同种类、 状态基材上的相同涂层测量出来的数据也可能会存在 较大差别,这是因为测量人员因素、测量漆膜的基体材 质、厚度、表面状况以及测量位置等造成的。因此,在使 用测厚仪检测涂层厚度时,不仅操作方法要正确,还必 须针对具体基材进行调整。 
使用前应仔细阅读仪器使用说明书 不同厂家、不同品牌的仪器在结构、按键、校准等 方面各不相同,因此使用前必须先仔细阅读仪器的使 用说明书,避免误操作造成测量数据的错误。 

注意金属基体材质
不同金属基体材料的磁性、导电率是不相同的,这 都会对测量结果造成影响。采用磁性法测厚受基体 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。由于 基体金属的成分及热处理方法不同,导致其电导率不 同,因此应使用与被检测试件基体金属具有相同性质 的标准片对仪器进行校准。 

注意检测试件形状
在实际生产中,工件的材料厚度、形状、表面粗糙 度等存在差异,这些差异会对实际测量结果造成影响。 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,如果试件材料 厚度小于仪器所要求的临界厚度,检测结果就会与实 际厚度有差别。一些仪器对试件表面形状的陡变十分 敏感,因此在靠近试件边缘或内转角处进行测量的数 值会不可靠,实际测量时应选择远离边缘和内转角的 部位。试件表面不仅存在形状的陡变,还可能存在不同 的曲率,一些仪器的测量结果总是随着曲率半径的减 小明显地增大。因此,即使在选择仪器时考虑了最小曲 率半径,测量时仍应尽可能选择在平面部位进行测量。 以上也是在选择测厚仪器时需要考虑最小曲率半径、 最小测量面积、最小基体厚度的原因。 另外,实际生产中,不同工件的表面粗糙度也不尽 相同。粗糙程度越大,对一些仪器的测量结果影响越 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。这一点,很多厂家的仪器使用说明书里都没有指 出。我们分别用国产和进口测厚仪在平面上校准后测 量抛丸后的表面,读数在 10 ~ 30 μm 不等。也就是说, 如果按此方法,测量出来的数据比漆膜的实际厚度会 大 10 ~ 30 μm,即漆膜实际厚度达不到设计要求。因 此,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来校对仪器的零点;或用对基体金属没有腐蚀的溶液溶解除去涂层后,再 校对仪器的零点。当然,当漆膜厚度为基材表面粗糙 度的 5 ~ 6 倍时,可以将粗糙度忽略。总之,仪器的校 准必须依据现场被涂工件表面粗糙度来进行

检测环境
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,使用时应尽量远离强磁场环境。 

操作
一些仪器对那些妨碍测头与漆膜表面紧密接触 的附着物质比较敏感,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。测头放置到试 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。测头的放置方式对测量也有影响,在 测量中,应当使测头与试样表面保持垂直。 另外,通常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多读取几个数。漆膜厚度的局 部差异,也要求在任一给定的面积内进行多次测量, 表面粗糙时更应如此。 
结语

企业应依据自身产品的材质、涂层要求等选择测 量范围、测量精度等适合的涂层测厚仪器,对仪器的 使用及校准方法要熟练掌握,并在实际测量中根据具 体情况正确使用。只有如此,涂层测厚仪的使用才能真正发挥对涂层厚度的检测和控制作用,使得通过检 测的漆膜厚度以及涂层的防腐蚀性能真正达到设计 要求。

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