如何選擇一款合適的涂裝測厚儀
閱讀：41發布時間：2022-2-4
防腐蝕漆膜的厚度不同于普通裝飾性的漆膜厚度，防腐蝕漆膜的厚度往往決定了防腐蝕體系的使用壽命。無論從理論計算還是具體試驗結果來看，涂層的 壽命隨涂層厚度的增加而增加。提高涂層的厚度，能加強涂層的隔離能力，是提高涂層壽命的有效手段。 因此，漆膜的厚度是防腐蝕涂裝質量檢驗的重要指標 之一，企業都對產品表面的漆膜厚度做出了明確的規定，涂層厚度測量也成為加工工業、表面工程質量檢 測的重要環節，是產品達到優等質量標準的手段。 隨著測量技術的不斷進步，涂層厚度檢測儀器已經廣 泛應用于各行各業，在使用上也非常快捷。但是如何選擇測量儀器和正確使用儀器依然是一些企業面臨的 問題。
涂層厚度檢測方法概述
涂層厚度的測量方法主要有楔切法、光截法、電解 法、厚度差法、稱重法、 X 射線熒光法、 β 射線反向散射 法、電容法、磁性測量法及渦流測量法等。楔切法、光截法、電解法、厚度差法、稱重法是有損檢測，即測量 時需要破壞涂層，而且測量手段繁瑣，速度慢，主要用 于抽樣檢驗。X射線和β射線法均屬于非接觸的無損 測量，但是測量裝置復雜且昂貴，測量范圍也較小。因 射線需要有放射源，滄州歐譜還必須遵守射線防護規范。 X 射線 法可測極薄的鍍層、雙鍍層、合金鍍層；β射線法適合 鍍層和基材原子序號大于 3 的鍍層測量。電容法測量 的適用范圍非常有限，僅在薄導電體的絕緣層測厚時 采用。隨著科學技術的日益進步，特別是近年來微機技 術的引入，使磁性和渦流的測厚儀向微型、智能、多功 能、高精度、實用化的方向發展。目前，磁性和渦流測厚 儀測量分辨率已達0.1μm，精度可達到 1%，有了顯著 的提高。由于磁性和渦流測厚儀適用范圍廣、量程寬、 操作簡便、價格低廉，并且為無損檢測，因此在工業和 科研中得到泛的使用。采用無損方法檢測厚度既 不破壞涂層也不破壞基材，檢測速度快，能使大量的檢 測工作經濟地進行。更重要的是，無損檢測厚度的方法 能夠應用于生產現場進行質量控制。
厚度的無損檢測原理及儀器
雖然 X 射線熒光法、 β 射線反向散射法、磁性測 量法及渦流測量法都是無損檢測，但適用于涂裝生產現場的還是磁性測量法及渦流測量法。
磁吸力測量原理及測厚儀
磁吸力測量是磁性測量法的一種，利用 2 種磁性 材料之間吸力大小與距離成一定比例關系的原理制 成。利用這一原理制成測厚儀，只要涂層與基材之間 的導磁率之差足夠大，就可以進行測量。如圖 1 所示， 磁鐵（測頭）與導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系，而這個距離就是涂 層的厚度。涂層越薄，磁引力就越大，磁體的位移 也就越大；涂層越厚，磁引力就越小，磁體的位移 也就越小。由于大多數工業品采用了具有導磁性的 鋼材，所以磁性測厚儀應用十分廣泛。磁吸力測厚儀的 基本結構由磁鐵、彈簧、標尺及自停機構組成。磁 鐵與被測物吸合后，將測量彈簧在其后逐漸拉長，拉力 逐漸增大。當拉力剛好大于吸力，磁鐵脫離的一瞬間記 錄下拉力的大小即可獲得涂層的厚度。新型的磁吸力 測厚儀可以自動完成這一記錄過程，不同的型號有不 同的量程與適用場合，且該種儀器操作簡便、堅固耐 用、不用電源，測量前無須校準，價格也較低，因此很適 合車間做現場質量控制。
磁感應測量原理及磁性測厚儀
磁感應測量也是一種磁性測量，其原理是非磁性 材料磁阻與其厚度成一定比例關系，根據從測頭經過 非鐵磁涂層而流入鐵磁基體的磁通大小來測定涂層厚 度，也可以通過測定與之對應的磁阻大小來表示其涂 層厚度。如圖 2 所示，當測頭與涂層接觸時，測頭和磁 性金屬基體就構成了一個閉合磁路，由于非磁性涂層 的存在，使磁路磁阻變化，通過測量其變化就可以導出 涂層的厚度。涂層越厚，則磁阻越大，磁通就越小。 利用磁感應原理的測厚儀，一般要求基材導磁率 在 500 以上。如果涂層的材料也有磁性，則要求與基材的導磁率之差足夠大（比如鋼鐵表面上的鎳鍍層）。把 軟芯上繞著線圈的測頭放在被測涂層上時，儀器自動 輸出測試電流或測試信號。早期的產品采用指針式表 頭來測量感應電動勢的大小，儀器將該信號放大后來 指示涂層厚度。近年來的電路設計引入穩頻、鎖相、溫 度補償等新技術，利用磁阻來調制測量信號，還采用了 集成電路和引入微機，使測量精度和重現性提高近 1 個數量級。現代的磁感應測厚儀，分辨率達到 0.1 μm， 允許誤差達到 1%，量程達到 10 mm。磁性測厚儀可以 用來精確測量鋼鐵表面的油漆層、塑料、橡膠涂層、瓷 及搪瓷防護層，還可測量包括鎳鉻在內的各種有色金 屬鍍層，以及石油化工行業中的各種防腐蝕涂層。
電渦流測量原理及電渦流測厚儀
利用高頻交變電流在線圈中產生一個電磁場，將 測頭與涂層接觸時，金屬基體上產生電渦流，并對測頭 中的線圈產生反饋作用，通過測量反饋作用的大小來 導出涂層的厚度，其工作原理如圖 3 所示。測頭距離導 電基體愈近，則渦流就愈大，反射阻抗也就愈大。這個 反饋作用量表征了測頭與導電基體之間距離的大小， 也就是導電基體上非導電涂層厚度的大小。根據電渦 流測量原理制成的測厚儀稱為電渦流測厚儀。由于電 渦流測厚儀測頭專門用于測量非鐵磁金屬基材上的涂 層厚度，因此被稱為非磁性測頭。
與磁感應原理比較，電渦流測量的原理在測頭、信 號的頻率、信號的大小、標度關系上都不同。但是，與磁 感應測厚儀一樣，渦流測厚儀分辨率也達到了 0.1 μm，允許誤差達到 1%，量程達到 10 mm。采用電渦流 原理的測厚儀，原則上對所有導電體上的非導電體涂層均可測量，如航空航天器、汽車、家電、鋁合金門窗及 其他鋁制品表面的油漆、塑料涂層及陽極氧化膜。對有 一定導電性的涂層材料，通過校準同樣也可測量，如銅 上鍍鉻，但要求兩者的導電率之比至少相差 3 ～ 5 倍。 雖然鋼鐵基體也能導電，但鋼鐵基表面的涂層還是采 用磁性原理測量比較合適。 用電渦流涂層測厚儀測量非磁性金屬基體上的非 導電涂層厚度已有數十年歷史，隨著各種新型工程材 料的開發、微電子技術應用和標準化的推進，渦流涂層 測厚儀在電路設計、測頭的多制式與通用性、新型傳感 器應用、量值顯示與數據打印、測控功能擴展及其智能 化等方面，都不斷取得突破與創新，渦流測厚技術得 到快速發展。
涂裝測厚儀的選擇
可用于現場檢測的涂裝測厚儀
涂裝工藝中一般都會規定漆膜的干膜厚度，因此 在生產中必須對漆膜厚度進行檢測，并以此調整噴涂 工藝或進行返工、修補以達到工藝要求的厚度。作為一 種質量檢驗控制的儀器，企業用的涂裝測厚儀必須要 求能進行現場檢測，并且盡可能不對產品造成破壞。 涂層干膜厚度的測量分為破壞性測試和非破壞性 測試 2 種方法。破壞性測試方法要對漆膜進行劃刻等 損傷性行為，非破壞性測試方法及無損檢測方法，不會 對漆膜造成損害。一般情況下都使用非破壞性的無損 測量方法，當出現爭議或者需要仲裁時才使用破壞性 的測試方法。目前，干膜厚度的測量已經有很多種儀器 和方法，但每種方法都有一定的局限性，極少有能適用 于所有的涂層和環境的測量方法和儀器。磁性測厚儀 和渦流測厚儀是 2 種的非破壞性檢測儀器，都 適用于金屬基材表面的涂層，不過磁性測厚儀適用于 導磁金屬底材，而渦流測厚儀適用導電金屬基材表面 防腐層的檢測。磁性測厚儀和渦流測厚儀的體積和質 量都非常小，攜帶十分方便。 必須指出的是，磁性測厚儀和渦流測厚儀都不能 用于混凝土等非金屬基材表面防腐涂層厚度的測量
涂裝測厚儀的結構
涂裝測厚儀一般都包括探頭或測頭、機體、輸出裝 置，但不同廠家生產的涂裝測厚儀形狀、結構、大小等 存在較大差異，同一廠家生產的不同型號測厚儀也各 不相同，如圖 4 所示。 對于現場檢測使用的涂裝測厚儀，應該選擇質量 較輕的便攜式測厚儀。絕大多數的便攜式涂裝測厚儀 都具有數據存儲或數據打印功能，而且還可以通過數 據線與計算機連接，進行數據拷貝、統計、分析等。因 此，現場使用的儀器體積越小越好，便于攜帶。
主要技術參數說明
選擇涂裝測厚儀時，應關注測量范圍、允許誤差等 技術參數，詳見表 1。
涂層測厚儀的選擇
對不同的企業而言，表 1 中的參數選擇可以有不 同的側重點。比如最小曲率半徑，如果企業生產的產品 都是平面的，就沒有必要關注，但是對于生產圓形或圓 柱形小型零件或產品的企業，則必須選擇最小凸面曲 率半徑足夠小的涂裝測厚儀。再如工程機械生產企業， 由于產品都是采用厚板制成，關注最小基體厚度就沒 有實際意義。 目前，國內市場上能夠買到的涂裝測厚儀很多，不 僅有國內品牌如時代、德奧順，還有日本 KETT，德國BYK、EPK、Erichsen，美國 Defelsko、LEE 等大量國 外的品牌。不同品牌不同型號的涂裝測厚儀在功能、結 構、外觀、質量上各不相同，可通過企業網站或國內代 理商進行查詢。作為涂裝生產現場用的涂裝測厚儀，應 該選擇便攜式的，即質量輕；為保證數據真實性，應具 備現場打印功能；另外，為了進行檢測數據的分析，涂 裝生產現場使用的涂裝測厚儀應具有數據存儲功能和 計算機數據接口，可將檢測數據定期傳輸到計算機中， 對數據進行匯總、整理、分析。當然，一些涂裝測厚儀本 身就帶有平均值、標準偏差、讀數個數、值、最小值 等統計功能。企業可根據自身的需要、使用習慣等選擇 適合的涂裝測厚儀。另外進口品牌和國產品牌之間價 格懸殊，企業可根據自身的條件進行選擇。
涂裝測厚儀的使用
即使相同的涂層測厚儀，不同的人或對不同種類、 狀態基材上的相同涂層測量出來的數據也可能會存在 較大差別，這是因為測量人員因素、測量漆膜的基體材 質、厚度、表面狀況以及測量位置等造成的。因此，在使 用測厚儀檢測涂層厚度時，不僅操作方法要正確，還必 須針對具體基材進行調整。
使用前應仔細閱讀儀器使用說明書 不同廠家、不同品牌的儀器在結構、按鍵、校準等 方面各不相同，因此使用前必須先仔細閱讀儀器的使 用說明書，避免誤操作造成測量數據的錯誤。
注意金屬基體材質
不同金屬基體材料的磁性、導電率是不相同的，這 都會對測量結果造成影響。采用磁性法測厚受基體 金屬磁性變化的影響（在實際應用中，低碳鋼磁性的變 化可以認為是輕微的），為了避免熱處理和冷加工因素 的影響，應使用與試件基體金屬具有相同性質的標準片對儀器進行校準，亦可用待涂覆試件進行校準。由于 基體金屬的成分及熱處理方法不同，導致其電導率不 同，因此應使用與被檢測試件基體金屬具有相同性質 的標準片對儀器進行校準。
注意檢測試件形狀
在實際生產中，工件的材料厚度、形狀、表面粗糙 度等存在差異，這些差異會對實際測量結果造成影響。 每一種儀器都有一個基體金屬的臨界厚度，大于這個 厚度，測量就不受基體金屬厚度的影響，如果試件材料 厚度小于儀器所要求的臨界厚度，檢測結果就會與實 際厚度有差別。一些儀器對試件表面形狀的陡變十分 敏感，因此在靠近試件邊緣或內轉角處進行測量的數 值會不可靠，實際測量時應選擇遠離邊緣和內轉角的 部位。試件表面不僅存在形狀的陡變，還可能存在不同 的曲率，一些儀器的測量結果總是隨著曲率半徑的減 小明顯地增大。因此，即使在選擇儀器時考慮了最小曲 率半徑，測量時仍應盡可能選擇在平面部位進行測量。 以上也是在選擇測厚儀器時需要考慮最小曲率半徑、 最小測量面積、最小基體厚度的原因。 另外，實際生產中，不同工件的表面粗糙度也不盡 相同。粗糙程度越大，對一些儀器的測量結果影響越 大。粗糙表面會引起系統誤差和偶然誤差，每次測量 時，在不同位置上應增加測量的次數，以克服這種偶然 誤差。這一點，很多廠家的儀器使用說明書里都沒有指 出。我們分別用國產和進口測厚儀在平面上校準后測 量拋丸后的表面，讀數在 10 ~ 30 μm 不等。也就是說， 如果按此方法，測量出來的數據比漆膜的實際厚度會 大 10 ~ 30 μm，即漆膜實際厚度達不到設計要求。因 此，如果基體金屬粗糙，還必須在未涂覆的粗糙度相類 似的基體金屬試件上取幾個位置來校對儀器的零點；或用對基體金屬沒有腐蝕的溶液溶解除去涂層后，再 校對儀器的零點。當然，當漆膜厚度為基材表面粗糙 度的 5 ～ 6 倍時，可以將粗糙度忽略。總之，儀器的校 準必須依據現場被涂工件表面粗糙度來進行
檢測環境
周圍各種電氣設備所產生的強磁場，會嚴重地干 擾磁性法測厚工作，使用時應盡量遠離強磁場環境。
操作
一些儀器對那些妨礙測頭與漆膜表面緊密接觸 的附著物質比較敏感，因此，必須清除附著物質，以保 證儀器測頭和被測試件表面直接接觸。測頭放置到試 件上所施加的壓力大小會影響測量的讀數，因此，要 保持壓力恒定。測頭的放置方式對測量也有影響，在 測量中，應當使測頭與試樣表面保持垂直。 另外，通常儀器的每次讀數并不*相同，因此 必須在每一測量面積內多讀取幾個數。漆膜厚度的局 部差異，也要求在任一給定的面積內進行多次測量， 表面粗糙時更應如此。
結語
企業應依據自身產品的材質、涂層要求等選擇測 量范圍、測量精度等適合的涂層測厚儀器，對儀器的 使用及校準方法要熟練掌握，并在實際測量中根據具 體情況正確使用。只有如此，涂層測厚儀的使用才能真正發揮對涂層厚度的檢測和控制作用，使得通過檢 測的漆膜厚度以及涂層的防腐蝕性能真正達到設計 要求。
