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1 意義

為了保證各種機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量、在全國(guó)各個(gè)工業(yè)部門(mén)都廣泛采用表面處理工藝，特別是近年來(lái)、我國(guó)汽車、電子產(chǎn)品的生產(chǎn)量日益增長(zhǎng)，覆層厚度檢測(cè)是對(duì)表面處理工藝質(zhì)量的保證。

覆層又稱覆蓋層，在航天航空、汽車摩托車行業(yè)，釹-鐵-硼行業(yè)、電子電器行業(yè)、日用五金行業(yè)、船舶制造行業(yè)、自行車行業(yè)、緊固件行業(yè)、家具、玩具行業(yè)等，覆層的應(yīng)用都非常廣泛。

根據(jù)覆層制作工藝的不同、覆層可分為電鍍層、化學(xué)鍍層、熱浸鍍層、熱噴涂層、真空蒸鍍層、離子鍍層、滲層、化學(xué)轉(zhuǎn)化膜、油漆層、化學(xué)搪瓷層、熱層覆層板等。

在各種工業(yè)制品中，廣泛采用表面處理工藝進(jìn)行鍍(或涂覆)一層或多層的方法進(jìn)行材料保護(hù)。其任務(wù)是：

a、防止機(jī)械制品在生產(chǎn)和使用過(guò)程中由于大氣引起的腐蝕、提高某些金屬材料抗強(qiáng)介質(zhì)(酸、堿、腐蝕性氣體等)的腐蝕性，以及提高高溫和高速氣流中的抗熱腐蝕性及抗沖刷性等；

b、改善機(jī)械制品工作表面的摩擦性能；

c、提高某些制品的特定性能，如抗電磁波干擾、防射線、輻射、提高光反射率和改善焊接性能等；

d、對(duì)制品進(jìn)行裝飾、可增加其美觀。

影響覆層質(zhì)量的因素有覆層的厚度、孔隙率，以及覆層和基體的結(jié)合力等。覆層厚度是覆層質(zhì)量一項(xiàng)非常重要的指示，如果覆層厚度太薄，則將達(dá)不到預(yù)期的技術(shù)要求，太厚又將浪費(fèi)材料，將會(huì)大大增加生產(chǎn)成本，降低經(jīng)濟(jì)效益。

2 層厚度的測(cè)量方法

根據(jù)測(cè)頭和被測(cè)工件表面是否接觸，可將覆層厚度測(cè)量分為接觸測(cè)量和不接觸測(cè)量。

接觸測(cè)量是測(cè)頭和被測(cè)工件表面直接觸的測(cè)量，并有機(jī)械作用力存在，通常成制品和半成品的覆層厚度測(cè)量大多采用接觸測(cè)量。

不接觸測(cè)量是測(cè)頭和被測(cè)工件表面不發(fā)生接觸的測(cè)量，而且沒(méi)有機(jī)械作用力存在，如x射線熒光，B射線法等就多用于生產(chǎn)中的不接觸測(cè)量。

從對(duì)被測(cè)覆層是否進(jìn)行破壞看，覆層厚度可分為有損測(cè)量和無(wú)損測(cè)量，或稱破壞性測(cè)量和非破壞性測(cè)量。

有損測(cè)量分陽(yáng)極溶解庫(kù)侖法、光學(xué)法(包括覆層斷面顯微鏡測(cè)量、干涉法光學(xué)裝置測(cè)量、偏振光學(xué)法裝置測(cè)量、掃描電鏡測(cè)量)、化學(xué)溶解法(包括點(diǎn)滴法、液流法、稱重法)。

無(wú)損測(cè)量分為磁法、渦流法、射線法、光學(xué)法(包括光切法、光電法、雙光束干涉法等)、電容法、微波法、超聲法。

以上所述、陽(yáng)極溶解庫(kù)侖法和x射線熒光法應(yīng)用最為普遍，其它方法則視具體條件和要求而加以選用。下面將重點(diǎn)介紹陽(yáng)極溶解庫(kù)侖法。

3 庫(kù)侖法測(cè)厚原理

庫(kù)侖法測(cè)厚是對(duì)被測(cè)部分的金屬鍍層進(jìn)行局部陽(yáng)極溶解通過(guò)陽(yáng)極溶解鍍層達(dá)到材料基體時(shí)的電位變化來(lái)進(jìn)行鍍層厚度的測(cè)量。



                  日本電測(cè)電解測(cè)厚儀CT-3

庫(kù)侖法測(cè)厚，將被測(cè)金屬鍍層作為陽(yáng)極，并置于電解液中進(jìn)行電解，所溶解的金屬量與通過(guò)的電流和溶解時(shí)間的乘積成比例，既與消耗的電量成比例。

在庫(kù)侖法測(cè)厚中、通常選用電解液的電流效率η接近于100%。

在η=100%的情況下、若陽(yáng)極溶解鍍層的面積保持一定，則被測(cè)量鍍層厚度可按下式計(jì)算，

d=XQ

式中：Q-溶解被測(cè)鍍層厚度d所消耗的電量，Q=It(c)

X-給定金屬鍍層、電解液和電解池情況下的常數(shù)。

X在電流效率η=100%的情況下、根據(jù)陽(yáng)極溶解面積、電化摩爾質(zhì)量和鍍層金屬密度進(jìn)行計(jì)算，也可按已知厚度的鍍層進(jìn)行測(cè)量來(lái)確定。通常按這種方式制作的測(cè)厚儀稱作電量計(jì)式電解測(cè)厚儀。

如果陽(yáng)極溶解被測(cè)鍍層面積和電流都保持一定值，則被測(cè)量鍍層厚度可按下式計(jì)算：

d=Vt

式中：t–陽(yáng)極溶解被測(cè)鍍層厚度D所經(jīng)過(guò)的時(shí)間

V-給定金屬鍍層、電解液、電解池和電流情況下的陽(yáng)極溶解速度。

按這種方式制作的測(cè)厚儀稱作計(jì)時(shí)式電解測(cè)厚儀或庫(kù)侖測(cè)厚儀。在國(guó)內(nèi)30年來(lái)一直都在生產(chǎn)計(jì)時(shí)式電解測(cè)厚儀。

4 庫(kù)侖測(cè)厚儀在國(guó)內(nèi)的發(fā)展

庫(kù)侖測(cè)厚儀是武漢材保所從上世紀(jì)70年代中期開(kāi)始，從日本引進(jìn)并在兩年內(nèi)消化，在材保所第一代工程師，宋植堤同志的努力下、于1978年終于研制出庫(kù)侖測(cè)厚儀，但由于當(dāng)時(shí)的歷史背景只能用分離電子元器件制作，儀器主要技術(shù)指標(biāo)都能達(dá)到要求、是國(guó)內(nèi)第一個(gè)完全用自己的知識(shí)產(chǎn)權(quán)、自己制造該儀器。

隨著國(guó)際電子產(chǎn)品和電子元器件的不但更新，及電鍍技術(shù)不斷提高、電子元器件以走向了集成電路化，國(guó)外的庫(kù)侖測(cè)厚儀以從測(cè)量單金屬鍍種發(fā)展成、智能型能測(cè)量多層鎳、合金鍍層等高技術(shù)要求的庫(kù)侖測(cè)厚儀，分離元件制作的庫(kù)侖測(cè)厚儀達(dá)不到這個(gè)要求。于是武漢材保所在80年代中期電氣儀表室組織了公關(guān)，在原有的基礎(chǔ)上，自主研制智能型電解測(cè)厚儀、經(jīng)過(guò)兩年多努力、終于研制出ZD-B智能電解測(cè)厚儀，并通過(guò)部級(jí)技術(shù)鑒定(原機(jī)械工業(yè)部)，該儀器經(jīng)國(guó)家經(jīng)委批準(zhǔn)為國(guó)家級(jí)新產(chǎn)品。根據(jù)中華人民共和國(guó)計(jì)量和計(jì)量法實(shí)施細(xì)則的有關(guān)規(guī)定，于90年代初經(jīng)湖北省計(jì)量局(現(xiàn)在的技術(shù)監(jiān)督局)對(duì)ZD-B智能電解測(cè)厚儀進(jìn)行計(jì)量器具新產(chǎn)品實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明機(jī)符合定型計(jì)量器具的技術(shù)指標(biāo)、獲得計(jì)量器具檢驗(yàn)合格證書(shū)和生產(chǎn)許可證。

隨著時(shí)代的發(fā)展，電腦不斷的普及，也隨全國(guó)各地的使用廠家提出新的鍍種要求，如：電鍍銦、鋯、鈦、化學(xué)鍍鑷等，我們于2001年研制的ZD-B新型計(jì)算機(jī)測(cè)厚系統(tǒng)，這是當(dāng)時(shí)世上唯一能與通用電腦配接使用的測(cè)厚儀。它的問(wèn)世解決了單金屬鍍種、合金鍍種、多層鎳、線材、等許多技術(shù)難點(diǎn)，可以由電腦操縱測(cè)量的全過(guò)程，儀器可靠性大為提高�？梢宰詣�(dòng)記錄測(cè)量過(guò)程中電解電位等全部數(shù)據(jù)，并以曲線圖形顯示在PC機(jī)的屏幕上。所有數(shù)據(jù)可以保存在計(jì)算機(jī)的硬盤(pán)上作為檔案資料。通過(guò)測(cè)量曲線分析、可以知道是否有合金層。

2004年、我們又通過(guò)改進(jìn)電源的穩(wěn)定性和線路板的結(jié)構(gòu)及改變焊接和裝配工藝、提高了儀器的穩(wěn)定性和可靠性，增強(qiáng)了安全性。

庫(kù)侖測(cè)厚儀從引進(jìn)、消化、到自己研制完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平、能于德國(guó)、美國(guó)、日本的產(chǎn)品媲美，許多技術(shù)指導(dǎo)優(yōu)于國(guó)外、是我們材保人、歷經(jīng)三代人三十年努力，為我國(guó)在該行作出了貢獻(xiàn)。