磁性法測涂層厚度ISO 2178

1、e晴iiidi阻赧硼JINGGHUAN MATERIAL TESTING磁性基底上的耳非磁性流層一涂層厚度的測量一磁性法（等同采用ISO 2178-2016 ）（中文翻譯版）編制： 日期：審核： 日期：批準： 日期：修訂歷史修訂序號對應的條號修訂內容修改人批準人日期eimiini 同 HmmJi NG CHUA N MATERIAL TESTING目的 Purpose本標準試驗方法涵蓋了可磁化賤金屬上非磁化涂層厚度的無損測量方法。范圍 Scope本測量方法適用于帶有非磁化涂層的可磁化賤金屬，也可用于測量非磁化賤金屬或其他材料上的可磁化涂 層。涂層包括諸如油漆和清漆、電鍍涂層、搪瓷涂層、塑料涂層

2、、粉末涂層、包層等材料。職責Responsibility程序執(zhí)行：實驗室授權制樣人員程序監(jiān)督：實驗室技術負責人及相關責任人原理Principle4.1各種磁測量方法的基本原理靠近磁場源（永磁體或電磁鐵）的磁通密度取決于與可磁化基底金屬的距離。這一現象用于確定施加在基 底金屬上的非磁性涂層的厚度。本規(guī)程涵蓋的所有方法都是通過評估磁通密度來確定涂層厚度。磁通密度的強度根據使用的方法轉換成相 應的電流、電壓或機械力。這些值可以通過數字方式進行預處理，也可以直接顯示在一個有用的刻度計上。注：4.3和4.4中所述的方法也可以與另一種方法組合在同一個探針中。4.2磁拉脫法永磁體的磁通密度和永磁體與可磁化母

3、材之間的吸引力隨距離的增加而減小。這樣，吸引力是對感興趣的 涂層厚度的直接測量。使用磁力拉拔法的儀器至少包括三個單元：永磁體；一具有持續(xù)增大的拉脫力的拉脫裝置；一涂層厚度的顯示或刻度，由拉脫力計算得出。拉脫力可以由不同類型的彈簧或電磁裝置產生。Ji NG CHUA N MATERIAL TESTING一些儀器能夠補償重力的影響，并允許在所有位置進行測量。所有其他儀器只能在制造商指定的位置使用。測量位置應清潔，無液體或糊狀涂層。永磁體應無顆粒。靜電充電會對永磁體或測量系統產生額外的力，因此應避免靜電充電，或在測量前將靜電放電。圖1顯示了一個磁性拉脫規(guī)。圖示1賤金屬2涂層3磁鐵4比例尺5彈簧圖1一

4、磁性拉脫規(guī)4.3磁感應原理當鐵心插入線圈或當鐵質物體（如板）接近線圈時，線圈的電感應率發(fā)生變化。因此，如果線圈放置在可 磁化的涂層基底金屬上，則電感應率可用作測量線圈與鐵磁性基底之間的距離或測量涂層厚度。有許多不同的電子方法來評估線圈系統對鐵磁基板的電感應率或反應的變化。用于測量可磁化材料涂層厚 度的磁感應探頭可以由一個或多個線圈組成。通常使用兩個線圈（見圖2）：第一個線圈（一次線圈）產生低頻 交變磁場，第二個線圈（二次線圈）測量產生的感應電壓U。如果探頭放置在涂層可磁化材料（咋1）上，則磁 通密度（見附錄A）和次級線圈隨涂層厚度的變化而變化。感應電壓與涂層厚度之間的函數是非線性的，取決 于基

5、底金屬的磁導率咒。通常由校準來確定。將涂層厚度指定給感應電壓的校準曲線可以存儲在儀表中。使用了不同的設計和幾何形狀的這種探頭。通常兩個線圈都與一個高磁化率的磁芯一起使用，以提高探頭 的靈敏度并集中磁場。這樣，有助于厚度測量的涂層面積和涂層部件幾何形狀的影響都減小了（見5.5和5.6）。相反，雙極探頭（見圖3）具有寬而開放的場分布。雙極探頭具有面積積分特性，單極探頭具有局部測量特 性。eimiinrdinJiNGCHUAN MATERIAL TESTING通常情況下，產生的磁場頻率低于千赫范圍，這樣可以避免涂層導電時產生渦流。因此，利用這一原理可 以同時測量導電涂層和非導電涂層。4.4磁通量計靠

6、近磁鐵的磁通密度取決于磁場中物質的磁性。當非磁化物質的比例相對于磁化物質增加時，磁通密度減 小。這一事實用于磁通量計（見圖4）。涂層（4）不可磁化；基底金屬（3）可磁化。磁鐵（1）產生磁場。它的 場線穿過涂層和基底金屬?？拷朋w放置的磁通檢測器（5）輸出電信號，該電信號取決于涂層厚度。注：磁通檢測器為霍爾傳感器或磁阻傳感器。磁鐵可以是永久磁鐵或電磁鐵。11圖示1探頭鐵芯2圖示1探頭鐵芯2低頻交變磁場3鋼/鐵基體4涂層I版磁電流t涂層厚度U=f（t）測量信號圖2一磁感應原理示意圖44涂層5母材圖示1探頭鐵芯2線圈系統 3探針頭JiNGCHUAN MATERIAL TESTING圖3兩極探頭示意圖

7、圖示1永磁U輸出電壓2靜磁場a測量信號3母材4涂層5霍爾元件作為磁通檢測器圖4使用霍爾探頭的通量計磁通檢測器的電信號通過電子手段進一步處理。焊劑檢測器輸出與涂層厚度之間的函數是非線性的，取決 于基底金屬的滲透性口r。通常通過校準來確定。將涂層厚度指定給電子探測器輸出的校準曲線可以存儲在儀表 中。術語及定義Terms and Definition5.1測量系統的調整在測量系統上進行的一組操作，以便提供與待測量量的給定值相對應的規(guī)定指示注：測量系統的調整可包括零點調整、偏移調整和量程調整（有時稱為增益調整）。測量系統的調整不應與 校準混淆，校準是調整的先決條件。測量系統調整后，通常應重新校準測量系

8、統。通俗地說，“校準”一詞經常 被錯誤地使用，而不是“調整”。同樣地，術語“驗證”和“檢查”經常被使用，而不是正確的術語“校準”。5.2校準在指定條件下，第一步，在具有測量標準的測量不確定性的數量值與具有相關測量不確定性的相應指示之 間建立關系的操作，第二步，使用此信息建立關系以獲得指示的測量結果注：校準可以用語句、校準函數、校準圖、校準曲線或校準表來表示。在某些情況下，它可能包括對具有 相關測量不確定度的指示的加法或乘法修正。校準不應與測量系統的調整混淆，通常錯誤地稱為“自校準”，也 不應與校準驗證混淆。elRIIIDIPilSiniJINGCHUAN MATERIAL TESTING影響測

9、量精度的因素Factors affecting measurement accuracy6.1涂層厚度的基本影響在探頭的測量范圍內，探頭的靈敏度即測量效果隨厚度的增加而降低。在較低的測量范圍內，該測量不確 定度（絕對值）是恒定的，與涂層厚度無關。該不確定度的絕對值取決于探針系統和所用樣品材料的性質，例 如基底金屬滲透性的均勻性、基底金屬粗糙度和樣品表面粗糙度。在探頭的較高測量范圍內，不確定度與厚度 有關，約為該厚度的常數部分。6.2母材的磁性基體金屬的滲透性決定了該方法的測量效果。涂層厚度與測量值的關系很大程度上取決于基體金屬的滲透性。因此，應在同一材料上進行校準程序和測 量。不同材料具有不同

10、的滲透性，會導致厚度誤差的增加或減少，以及滲透性的局部波動或不同樣品之間的變 化?；撞牧系氖４乓矔y量產生很大影響，特別是當使用靜態(tài)磁場時（磁拉力見4.2，磁通量計見4.4）。如果使用靜態(tài)磁場的測量方法，則可通過在同一位置重復測量使母材磁化（磁拉力見4.2,磁通量計見4.4）。 這可能導致厚度讀數出現錯誤。注：所用典型鋼的初始滲透性示例在100到300之間。6.3涂層材料的電性能如果探頭由于渦流而在交變磁場下工作（磁感應原理見4.3,磁通量計見4.4），則涂層厚度測量會受到影響。 這些感應渦流可以抵消磁法的測量效果。感應渦流密度隨電導率和頻率的增加而增大。注：通常使用測量方法4.3或4.4

11、的儀器在低于1 khz的頻率范圍內工作。因此，影響測量結果的感應渦流 僅對具有高導電性的厚涂層（厚度大于1 mm）有效，例如銅。6.4幾何形狀：母材厚度當母材厚度過小時，磁場與母材的相互作用減小。這種影響只能忽略在一定臨界最小母材厚度以上。因此，母材的厚度應始終高于該臨界最小母材厚度。調整儀器可以補償因母材厚度過低而引起的誤差。然 而，母材厚度的任何變化都會增加不確定度和誤差。臨界最小基底金屬厚度取決于探針系統（場強、幾何形狀）和基底金屬的磁性。除非制造商另有規(guī)定，否 則其值應通過試驗確定。6.5邊緣效應磁場的擴展受到基底金屬的幾何限制（如邊緣、鉆頭和其他）的阻礙。因此，在靠近邊緣或角落的地方

12、進e|g|IIDIPilDiI!lJINGCHUAN MATERIAL TESTING行的測量不能有效，除非該儀器已針對此類測量進行了專門調整。避免邊緣效應影響所需的距離取決于探頭系 統（場分布）。6.6幾何：表面曲率磁場的傳播受基底金屬表面曲率的影響。隨著曲率半徑的減小和涂層厚度的減小，這種影響變得更加明顯。 為了盡量減少這種影響，應在具有相同幾何形狀的母材上進行調整。表面曲率的影響很大程度上取決于探頭的幾何形狀，可以通過減小探頭的敏感區(qū)域來減小。敏感區(qū)很小的 探針通常被稱為微探針。在曲率半徑過小的零件上進行的測量可能會導致不可靠的結果，即使在校準后也是如此。應考慮由此產生 的不確定度，以確

13、定此類測量是否可接受。6.7表面粗糙度測量結果受基材和涂層表面形貌的影響。粗糙表面會導致系統誤差和隨機誤差。通過進行多次測量，每次 測量都在不同的位置進行，然后計算該系列測量的平均值，可以減少隨機誤差。為了減少粗糙度的影響，應使用粗糙度等于涂層樣品基底金屬的未涂層基底金屬進行校準。如有必要，應在供應商和客戶之間說明所用平均涂層厚度的定義。注：ISO 19840描述了在粗糙表面的鋼上施涂油漆和清漆時的特殊測量程序。6.8清潔度：提升效果如果探頭沒有直接放置在涂層上，探頭和涂層之間的間隙（剝離）將作為額外的涂層厚度，因此將影響測 量。由于探針和涂層之間存在小顆粒，可能會無意中產生剝離。應經常檢查探

14、針頭的清潔度。6.9探針壓力探針施加在試樣上的壓力會影響儀器讀數，并且在調整和測量期間應始終相同。在軟涂層的情況下，探針壓力的影響更為明顯，因為探針尖可以縮進涂層中。因此，探頭壓力應盡可能小。 大多數商用儀器都配有彈簧加載探頭，確保放置過程中壓力恒定。如果探頭沒有彈簧負載，應使用合適的輔助 裝置。注：接觸壓力和探針尖端壓痕深度可通過減小作用力或使用探針尖端直徑較大的探針來減小。將厚度已知 的保護箔放在涂層表面上，可減少探針尖在軟涂層中的壓痕。在這種情況下，涂層厚度是測量的厚度減去箔厚 度。6.10探頭傾斜除非制造商另有指示，否則探頭應垂直于涂層表面，因為探頭偏離表面法線會導致測量誤差。通過探頭

15、設計或使用探頭固定夾具，可將意外傾斜的風險降至最低。eisiiiDiraiHiJiNGCHVAN MATERIAL TESTING注：大多數商用儀器都配有彈簧探頭，確保垂直放置在樣品表面。6.11溫度效應由于溫度變化會影響探頭的特性，因此應在與校準時大致相同的溫度條件下使用。注：溫度變化的影響可以通過探頭的溫度補償來減小。必須考慮制造商的規(guī)范。探頭、儀器電子設備、環(huán) 境和樣品之間的溫差會導致嚴重的厚度誤差。一個例子是熱涂層的厚度測量。6.12外部電磁場強電磁干擾場會影響測量結果。如果出現無法用其他因素解釋的意外結果或結果的強烈變化，則應考慮這 一原因。在這種情況下，應在沒有干擾場的位置進行比較

16、測量。儀器的校準和調整 Calibration and adjustment of the instrument7.1概述使用前，應根據制造商的說明，通過適當的厚度參考標準和母材，對每臺儀器進行校準或調整。用于校準 或調整的母材的材料、幾何形狀和表面特性應符合試樣的要求，以避免因第6條所述因素引起的偏差。否則， 在估計測量不確定度時應考慮這些影響。在校準或調整儀器時，標準和母材的溫度應與試樣的溫度相同，以盡量減小溫度引起的差異。為了避免儀器漂移的影響，推薦使用參考標準或控制樣品進行定期控制測量。如果需要，必須重新調整儀 器。注：大多數儀器在操作員執(zhí)行的稱為“校準”的功能期間自動調整自身，而校準

17、結果通常不明顯。7.2厚度參考標準用于校準和調整的厚度參考標準是涂層母材或箔材，放置在未涂層母材上。箔和涂層應不磁化。參考標準的厚度值及其相關的不確定度應是已知的，并明確記錄在案。應標記這些值 有效的表面積。厚度值應可追溯至經認證的參考標準。應記錄不確定度及其置信水平，例如U（95%），即記錄厚度值在報告的不確定度區(qū)間內的概率為95%。使用前，應對箔材和涂層進行目視檢查，看是否有損壞或機械磨損，因為這會導致錯誤的調整，從而導致 所有測量值的系統偏差。與選定的涂層母材相比，使用箔材作為參考標準，將使箔材直接放置在母材上，從而精確地匹配形狀和幾 何形狀。但是，將探頭放置在箔材上可能會產生彈性或塑性

18、變形，從而影響測量結果。此外，必須避免探針極、箔 材和母材之間的任何間隙。特別是對于凹面試樣，或者如果箔材起皺或彎曲，通常探針彈簧加載導向套的低壓eisinniPiiQiniJINGCHUAN MATERIAL TESTING可能不足以確保沒有間隙。所用參考箔的可能彈性或甚至塑性變形取決于探頭的外加載荷力和探頭尖端直徑（見6.9）。因此，此類參 考箔的校準應在施加力和針尖直徑的可比值下進行，以避免在探頭校準期間出現壓痕差異。這樣，在箔厚度值 中已經考慮了各自的壓痕誤差，即該值可以小于未受影響的幾何厚度。為了估計可能的厚度誤差，應向參考箔 制造商了解箔校準的值、作用力和尖端直徑。注：大多數情況下

19、，箔材為塑料，但也可使用其他材料，如銅合金。7.3調整方法通過將探頭放置在具有已知涂層厚度的未涂層和/或一個或多個涂層母材上，對涂層厚度計進行調整。根據 儀器類型、制造商的說明和所用儀器的功能范圍，可對以下項目進行調整：a）一塊未涂層的母材；b）一塊未涂層的基底金屬和一塊具有規(guī)定涂層厚度的涂層基底金屬；c）一塊未涂覆的母材和若干塊已涂覆的母材，具有規(guī)定的但不同的涂層厚度；d）幾種涂層基底金屬，具有規(guī)定的但不同的涂層厚度。所述調整方法可能導致測量結果的不同精度。因此，應使用最適合給定應用的方法，并達到所需的精度。不同的調整方法所能達到的測量不確定度取決于量規(guī)的評定算法，以及標準品和待測母材的材料

20、、幾何形狀和 表面狀況。如果一種方法不能達到所需的精度，則采用不同的調整方法可能會產生更好的結果。一般來說，可 以通過增加調整點的數量，并在待測涂層的預期厚度間隔內使其具有更緊密的覆蓋范圍來降低測量不確定度。儀器調整產生的測量不確定度不能推廣到所有后續(xù)測量。在每種情況下，都需要詳細考慮所有具體和附加 的影響因素，見第6條和。注:通過將探頭放置在未涂層的基底金屬上，使探頭適應給定基底金屬的過程通常稱為“調零”或“零點校準”。 然而，即使該程序是本國際標準定義的“調整”或調整過程的一部分。根據用于調整儀器的涂層和未涂層母材的 數量，相應的調整方法通常稱為“單點”、“兩點”或“多點調整”。某些類型的

21、儀表允許將儀表重置為制造商的原始 調整。此調整僅對制造商的未涂層或涂層參考標準有效。如果在使用一段時間后使用這些標準或相同類型的標 準來檢查儀器，則可以通過觀察測量結果的偏差來識別儀表和探針的任何劣化，例如探針因接觸極磨損而磨損。程序Procedure8.1概述每臺儀器應按照制造商的說明操作，并應考慮第6條中討論的影響測量精度的因素。在使用儀器之前和進行影響測量精度的更改（見第6條）之后，應檢查儀器的調整。eisiiinirainiJINGCHUAN MATERIAL TESTING為確保儀器測量準確，每次在檢驗地點用有效標準校準a）儀器投入運行，b）試樣的材料和幾何結構發(fā)生變化，或c）其他檢

22、驗條件已發(fā)生變化（如溫度），其影響尚不清楚。由于并非所有測量條件的變化及其對測量精度的影響都可以立即識別（如探頭的漂移、磨損），因此在使用 時，應定期校準儀器。8.2測量和評估次數涂層厚度應確定為幾個單一值的算術平均值，這些值在涂層表面的規(guī)定區(qū)域內測量。除平均值外，還應報 告標準偏差。通過增加測量次數，可以減少測量不確定度的隨機部分。如果未另行規(guī)定或商定，建議至少測量 五個單一值（取決于應用）。注：根據標準偏差，可計算出變異系數V。V對應于相對標準偏差（例如百分比），并可直接比較不同厚度 的標準偏差。測量的總散射由儀器本身的散射和試樣引起的散射組成。如果需要，在放置探頭的輔助裝置的幫 助下，通

23、過在同一位置重復測量，確定測厚范圍內操作員和探頭的標準偏差。在粗糙涂層表面或具有已知大厚 度梯度的試樣上進行測量時（例如，由于其尺寸和/或形狀），可通過一系列系統測量來確定單個測量之間出現偏 差的原因。8.3結果的不確定性8.3.1 一般說明應根據ISO/IEC指南98-3對測量厚度的不確定度進行完整評估。測厚結果的不確定度是多種來源不確定度的綜合。應考慮的重要來源包括：a）儀器校準的不確定度；b）影響測量的隨機影響；c）第6條概述的因素引起的不確定性；d）進一步影響、漂移、數字化效果等。所有不確定度分量應按照ISO/IEC指南98-3中所述的組合標準不確定度進行估算和匯總。以下簡化方法給出了

24、估計不確定度的可能程序（見8.3.2至8.3.5）。注：所列源的單個不確定度分量取決于各自的測量值、被測樣品的特性、儀器、環(huán)境條件等，并且在不同 的應用中會顯示出很大的差異。因此，對每個測量的單個不確定度分量進行了詳細的估計。不確定度的質量由 所有不確定度分量的估計質量決定。缺少的組件會導致錯誤的不確定度估計，從而導致錯誤的厚度結果。注：特別是，第6條中列出的因素可能會導致較大的不確定值，如有可能，可通過調整最小化。除了需要eimiiiniiminJiNGCHUAN MATERIAL TESTING表示結果中的不確定度外，對可能的不確定度分量的分析還提供了詳細的信息，以便改進測量。8.3.2儀

25、器校準的不確定度如果沒有給出其他信息，則可以通過在已知厚度tr和不確定度Ur(k=2)的給定參考標準上實現n次重復測量， 在有限厚度范圍內估計儀器的當前不確定度。測量結果為厚度測量值的算術平均值?m，標準差s(tm)。校準質量 由由此產生的差值的比值E和驗證測量的綜合不確定度確定。這種不確定度(分母E，k=2)被認為是 由具有n次重復(比較8.3.3)的測量的隨機誤差和給定的參考標準不確定度Ur引起的。在E1的情況下，在不確定度范圍內檢測到校準的顯著偏差，應進行儀器調整，以提高校準精度。(1)+ IA5UrF+ IA5UrF注：如果給出了參考標準的公差T (tr T)，而不是Ur，則可計算相應

26、的不確定度Ur(k=2):校準不確定度uca僅在tr附近的小厚度范圍內有效。在感興趣的較大厚度范圍的情況下，應在厚度范圍的兩 側估計不確定度ucal。兩個值之間的線性插值給出了感興趣的不確定度作為厚度的函數。由于校準的不確定度不能小于所用參考標準的不確定度，因此校準的精度常常受到參考標準給定不確定度 的限制。為了提高校準精度，需要一個不確定度較小的參考標準。通常，制造商在測量開始時建議對未涂層的母材進行標準化或調零。這種標準化的結果不確定性被認為已 經包含在ucal中。8.3.3隨機誤差建議進行一般的重復測量，以提高測量厚度值的算術平均值:的精度(見8.2)，即降低厚度結果的不確定度。在n次重

27、復測量的情況下，算術平均值E的標準不確定度usto(k=1)可通過(A型)估算:s(t)節(jié)標準不確定度usto是對影響量的不可預測或隨機時空變化引起的所有誤差的測量。emmniPiiDiniJiNGCHUAN MATERIAL TESTINGusto是針對樣品厚度測量的校準不確定度和不確定度計算的。通過增加重復測量次數，可以降低標準不確定度u 。這一點可能很重要，例如，對于粗糙的樣品表面。sto應注意解決B類標準不確定度（例如，見8.3.4）可能導致A類標準不確定度不被計算兩次的風險。注：并非所有對不確定度usto的貢獻都是隨機性質的（A型）。這取決于實驗的設計。例如，具有厚度梯度 的較大樣品

28、的測量厚度由于系統厚度變化而導致高不確定度usto。在減小測量面積的情況下，usto減小，并且算 術平均值t更好地描述了局部厚度。8.3.4第6條概述的因素引起的不確定性在可能的情況下，應通過校準將第6條中總結的因素的影響降至最低。然而，通常只能估計這些影響，由 此產生的不確定度應被視為測量組合不確定度的組成部分。通常這些因素的影響，以及由此產生的不確定度， 是厚度的函數。因此，為了估計給定厚度或至少小厚度范圍的不確定度，應使用感興趣厚度的樣品進行試驗。例如，考慮基底金屬磁性的變化（磁導率變化）。應估計相關厚度的預期變化。相對于所選基準母材的厚度 變化應為Atg二北弓（上詛一或北一M。這給出了

29、由母材性能ubm（k=1）變化引起的標準不確定度:應對第6條中列出的所有相關因素進行相同的標準不確定度估計。如果通過校準使某個因素的影響最小化，則應考慮該校準的剩余不確定度。如果校準是以具有相同材料和曲率特性的基底金屬作為感興趣的樣品，則可以通過柔性箔作為參考標準， 將影響精度的一些因素最小化，例如基底金屬特性（6.4）或表面曲率（6.6）。在這種情況下，只應考慮樣品性 能的預期變化。8.3.5組合不確定度、擴展不確定度和最終結果組合不確定度總結了所有標準不確定度分量（8.3.2、8.3.3、8.3.4和任何其他潛在不確定度）。在所述的簡化 方法中，當估計給定厚度或非常小厚度范圍的不確定性時，靈敏度系數可被視為等于1。這導致組合不確定度uc：喧+說加+噎+昭+ .作為最終結果，計算擴展不確定度U（k=2）（2-sigma水平，95,45%）：7)以及厚度值:的完整測量結果:e 晴iiidi阻HmmJiNGGHVAN M