Измерение толщины металлических покрытий на изделиях из цветных металлов вихретоковыми методами и их метрологическое обеспечение

Аннотация

Сясько В. А, Ивкин А. Е. Измерение толщины металлических покрытий на изделиях из цветных металлов вихретоковыми методами и их метрологическое обеспечение. В статье рассмотрены различные методы нанесения металлических покрытий, выполняющих функции защиты от коррозии, а также декоративные функции. Выделена актуальная задача измерения толщины покрытий с использованием вихретокового вида контроля. Предложены и проанализированы способы контроля толщины покрытий различной природы.

Металлические покрытия являются наиболее распространенными в машиностроительных производствах. Для нанесения этих покрытий применяется восемь методов нанесения и большое число металлов и сплавов. Данные покрытия выполняют, прежде всего, функции защиты от коррозии, декоративные покрытия обеспечивают привлекательный вид изделий и удобство обращения с ними, защитно-декоративные покрытия выполняют обе функции. Специальные (технические) покрытия служат для придания поверхностям изделий и деталей определенных свойств — износостойких, антифрикционных, теплозащитных, электропроводящих и др.

В условиях современных производств, особенно приборостроительных, широкое распространение имеют изделия из цветных металлов и сплавов с покрытиями из электропроводящих неферромагнитных металлов и сплавов. Самое широкое применение получили, например, хромовые, оловянные, медные, никелевые, серебряные покрытия изделий из меди и ее сплавов, алюминиевых сплавов и т. д. Диапазон толщин обозначенных покрытий составляет, как правило, от 0,5 до 25 мкм.

Представляет интерес решение указанных выше задач измерения толщины покрытий с использованием вихретокового вида контроля.

Для измерения толщины электропроводящих неферромагнитных покрытий на электропроводящих неферромагнитных основаниях при условии, что относительная электропроводность покрытия и основания близко 6–30 (например, медь на нержавеющей стали, серебро на латуни) широко используется вихретоковый фазовый метод измерения толщины покрытий.

Для задач контроля толщины покрытий из оловянных сплавов, для которых 0,11–0,55, что накладывает существенные ограничения на применение вихретокового фазового метода из-за практически полного отсутствия чувствительности в области толщин покрытий до 20 мкм. Для задач такого рода возможно применение вихретокового амплитудно — фазового метода измерения.

В общем случае вихретоковые методы измерения толщины металлических покрытий основаны на анализе взаимодействия собственного электромагнитного поля первичного преобразователя с электромагнитным полем вихревых токов, наводимых в контролируемом объекте, зависящих от толщины покрытия и геометрических характеристик основания и покрытия (диаметра d, шероховатости R_z и др.), а также величины зазора h между металлическим покрытием и контактной поверхностью преобразователя.

Современные средства измерения, основанные на вихретоковых методах, позволяют проводить измерения толщины электропроводящих неферромагнитных покрытий на электропроводящих неферромагнитных изделиях в диапазоне от 1 до 30–50 мкм с основной абсолютной погрешностью измерения Т_п не более 1–2 мкм.

Калибровка вихретоковых преобразователей (при необходимости) представляет процедуру установки чувствительности с использованием комплекта натурных мер толщины покрытия (рабочих эталонов) и установку нуля на образце реальной продукции без покрытия.

Покрытия на меры должны наноситься по технологиям соответствующим тем, которые применяются в производстве, для которого подготавливается прибор.

Для обеспечения погрешности измерения Т_п составляет +/– 1 мкм при доверительной вероятности p = 0,99 в области малых толщин, меры толщины покрытий должны быть изготовлены и аттестованы с погрешностью на уровне 0,3 мкм.

Мерами толщины покрытий могут выступать покрытые образцы продукции или образцы-свидетели. Для измерения толщины покрытия в данном случае используется метод шлифа, позволяющий аттестовать образец с погрешностью не более +/– 0,3 мкм.