侖法測厚原理及庫侖法測厚儀

1 意義

為了保證各種機械產品的質量、在全國各個工業部門都廣泛采用表面處理工藝，特別是近年來、我國汽車、電子產品的生產量日益增長，覆層厚度檢測是對表面處理工藝質量的保證。

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

根據覆層制作工藝的不同、覆層可分為電鍍層、化學鍍層、熱浸鍍層、熱噴涂層、真空蒸鍍層、離子鍍層、滲層、化學轉化膜、油漆層、化學搪瓷層、熱層覆層板等。

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

a、防止機械制品在生產和使用過程中由于大氣引起的腐蝕、提高某些金屬材料抗強介質（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、對制品進行裝飾、可增加其美觀。

影響覆層質量的因素有覆層的厚度、孔隙率，以及覆層和基體的結合力等。覆層厚度是覆層質量一項非常重要的指示，如果覆層厚度太薄，則將達不到預期的技術要求，太厚又將浪費材料，將會大大增加生產成本，降低經濟效益。

2 層厚度的測量方法

根據測頭和被測工件表面是否接觸，可將覆層厚度測量分為接觸測量和不接觸測量。

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

不接觸測量是測頭和被測工件表面不發生接觸的測量，而且沒有機械作用力存在，如x射線熒光，B射線法等就多用于生產中的不接觸測量。

從對被測覆層是否進行破壞看，覆層厚度可分為有損測量和無損測量，或稱破壞性測量和非破壞性測量。

有損測量分陽極溶解庫侖法、光學法（包括覆層斷面顯微鏡測量、干涉法光學裝置測量、偏振光學法裝置測量、掃描電鏡測量）、化學溶解法（包括點滴法、液流法、稱重法）。

無損測量分為磁法、渦流法、射線法、光學法（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、陽極溶解庫侖法和x射線熒光法應用zui為普遍，其它方法則視具體條件和要求而加以選用。下面將重點介紹陽極溶解庫侖法。

3 庫侖法測厚原理

庫侖法測厚是對被測部分的金屬鍍層進行局部陽極溶解通過陽極溶解鍍層達到材料基體時的電位變化來進行鍍層厚度的測量。

庫侖法測厚，將被測金屬鍍層作為陽極，并置于電解液中進行電解，所溶解的金屬量與通過的電流和溶解時間的乘積成比例，既與消耗的電量成比例。

在庫侖法測厚中、通常選用電解液的電流效率η接近于。

在η=的情況下、若陽極溶解鍍層的面積保持一定，則被測量鍍層厚度可按下式計算，

d=XQ

式中：Q-溶解被測鍍層厚度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。

X在電流效率η=的情況下、根據陽極溶解面積、電化摩爾質量和鍍層金屬密度進行計算，也可按已知厚度的鍍層進行測量來確定。通常按這種方式制作的測厚儀稱作電量計式電解測厚儀。

如果陽極溶解被測鍍層面積和電流都保持一定值，則被測量鍍層厚度可按下式計算：

d=Vt

式中：t–陽極溶解被測鍍層厚度D所經過的時間

V-給定金屬鍍層、電解液、電解池和電流情況下的陽極溶解速度。

按這種方式制作的測厚儀稱作計時式電解測厚儀或庫侖測厚儀。在國內30年來一直都在生產計時式電解測厚儀。

4 庫侖測厚儀在國內的發展

庫侖測厚儀是武漢材保所從上世紀70年代中期開始，從日本引進并在兩年內消化，在材保所*代工程師，宋植堤同志的努力下、于1978年終于研制出庫侖測厚儀，但由于當時的歷史背景只能用分離電子元器件制作，儀器主要技術指標都能達到要求、是國內*個*用自己的知識產權、自己制造該儀器。

隨著電子產品和電子元器件的不但更新，及電鍍技術不斷提高、電子元器件以走向了集成電路化，國外的庫侖測厚儀以從測量單金屬鍍種發展成、智能型能測量多層鎳、合金鍍層等高技術要求的庫侖測厚儀，分離元件制作的庫侖測厚儀達不到這個要求。于是武漢材保所在80年代中期電氣儀表室組織了公關，在原有的基礎上，自主研制智能型電解測厚儀、經過兩年多努力、終于研制出ZD-B智能電解測厚儀，并通過部級技術鑒定（原機械工業部），該儀器經國家經委批準為*新產品。根據中華人民共和國計量和計量法實施細則的有關規定，于90年代初經湖北省計量局（現在的技術監督局）對ZD-B智能電解測厚儀進行計量器具新產品實驗、實驗結果表明機符合定型計量器具的技術指標、獲得計量器具檢驗合格證書和生產許可證。

隨著時代的發展，電腦不斷的普及，也隨全國各地的使用廠家提出新的鍍種要求，如：電鍍銦、鋯、鈦、化學鍍鑷等，我們于2001年研制的ZD-B新型計算機測厚系統，這是當時世上*能與通用電腦配接使用的測厚儀。它的問世解決了單金屬鍍種、合金鍍種、多層鎳、線材、等許多技術難點，可以由電腦操縱測量的全過程，儀器可靠性大為提高。可以自動記錄測量過程中電解電位等全部數據，并以曲線圖形顯示在PC機的屏幕上。所有數據可以保存在計算機的硬盤上作為檔案資料。通過測量曲線分析、可以知道是否有合金層。

2004年、我們又通過改進電源的穩定性和線路板的結構及改變焊接和裝配工藝、提高了儀器的穩定性和可靠性，增強了安全性。

庫侖測厚儀從引進、消化、到自己研制*自主知識產權，達到國內水平、能于德國、美國、日本的產品媲美，許多技術指導優于國外、是我們材保人、歷經三代人三十年努力，為我國在該行作出了貢獻。