摘要：介绍了测量涂层厚度的重要性，并通过介绍几种涂层厚度的测试方法，分析对比原理，总结归纳出控制涂层厚度的重要意义及测试过程中的注意事项和影响因素。
关键词：涂层厚度；测试方法；影响因素
0 引言
在涂料的检验过程中，涂层厚度是一项很重要的控制指标，而且它也是表面工程和加工工业中质量检测的一个重要环节，是产品达到优等质量标准的必备控制手段。如果涂层的厚薄不均匀，或厚度未达到规定要求，都将对涂膜性能产生很大的影响，而且各种性能的比较也只有在同样的涂层厚度下才有可比性，同时涂层的厚度失控也是飞机上超重和脱胶的起因。因此，如何正确测定漆膜厚度是质量检验中重要的环节，必须给予应有的重视。本文就涂层厚度的几种测量原理和测试方法进行分析并比较，总结归纳出测试过程中控制涂层的重要意义及注意事项和影响因素，以供大家参考。
1 仪器的测量原理
1.1 磁性涂层测厚仪的工作原理
磁性测厚仪采用电磁感应法测量涂层的磁性金属表面覆盖层的厚度，位于部件表面的探头产生一个闭合的磁回路，随着探头与铁磁性材料间距离的改变，该磁回路将发生不同程度地改变，引起磁阻及探头线圈电感的变化。利用这一原理可以精确地测量探头与铁磁性材料间的距离，即涂层厚度。
1.2 电涡流法测量涂层厚度的原理
当探头与被测试样接触时，探头装置所产生的高频电磁场使置于探头下的金属导体产生涡流。探头越靠近导电基体，形成的涡流就越大，反射阻抗也越大。探头与导电基体之间距离的大小就是由这个反馈作用量表征的，也就是导电基体上非导电涂层厚度的大小。
1.3 磁感应法测量涂层厚度的原理
采用磁感应原理测量涂层时，就是利用探头经过非铁磁涂层而流入铁磁基体的磁通大小来测定涂层厚度，也可以测定与之对应的磁阻大小来表示其涂层厚度。涂层越厚，磁阻越大，磁通越小。
1.4 杠杆千分尺测量原理
先通过杠杆千分尺测得未涂漆样板的某位置的厚度，然后涂上漆样，按规定时间干燥后，再在相同位置测量，两者之差即为漆膜厚度。也可先测量已涂漆样板的厚度，再用合适的方法除去测量点的漆膜，然后测出底板的厚度，两者之差即为漆膜厚度，取各点厚度的算术平均值即为漆膜的平均厚度值。
2 涂层厚度的测定方法
涂层厚度的测定方法有很多，从涂层的状态分为湿膜法厚度和干膜法厚度 2 种，通常我们采用金属基体或非金属基体涂覆涂层。由于各种涂料的材料标准和试验方法要求的几乎都是干膜厚度，所以干膜涂层厚度的应用极为广泛，下面重点介绍几种金属基体上干膜厚度的测定方法。
涂层厚度的测量方法主要有：楔形切割法、光截法、电解法、厚度差法、称重法、X 射线荧光法、β 射线反向散射法、电容法、磁性测量法和涡流测量法等。这些方法中前 5 种是有损检测，测量过程繁琐、速度慢、精度低，多适用于抽样检验。而后 5 种方法是无损检测法，X 射线荧光法和 β 射线反向散射法检测设备既复杂又昂贵，测量范围小，而且 X 射线和 β 射线都是放射源，检测人员必须严格防护。而电容法仅仅适用于薄导电体的绝缘覆层测量。随着科学技术的日益发展和进步，特别是近年来，引入微机技术后，采用磁性法和涡流法原理的涂层测厚仪，向多功能、高精度、实用化、智能和微型（便携式）的方向迈进了一大步。测量的分辨率提高到 0.1 μm，精度也提高到 1%，均有了大幅度的提高。涂层测厚仪适用范围广、量程宽、操作简便且价廉，是工业和科研领域使用最广泛的涂层厚度控制的仪器。
对于金属基体上涂层厚度的测定，最早是采用杠杆千分尺法，目前使用最广泛的是磁性法和涡流法原理的测厚仪器。
2.1 杠杆千分尺法（精确度为 2 μm）
2.1.1 杠杆千分尺的“0”位校对
首先用绸布擦净两个测量平面，旋转微分筒，使两测量面轻轻地相互接触，当指针与表盘的“0”线重合后，就停止旋转微分筒，这时微分筒上的“0”线也应与固定套筒上的轴向刻线重合，微分筒边缘与固定套筒的“0”线的左边缘恰好相切，这样算“0”线位正确。如果“0”线位不准，就必须调整。
调整方法为：先使指针与表盘的“0”线重合，用止动器把活动测杆固定住，松开后盖，再调整微分筒上的“0”线与固定套筒上的轴向刻线重合，使微分筒边缘与固定套筒上的“0”线的左边缘恰好相切，然后拧紧后盖，松开止动器，看表盘指针是否对“0”，如不对，则应重复上述步骤，重新调零。
2.1.2 测量
取距离边缘不小于 1 cm 的上、中、下 3 个位置进行测量。先将未涂漆底板放于微动测杆与活动测杆之间，慢慢旋转微分筒，使指针在两公差带指针之间，然后调整微分筒上的某一条线与固定套筒上的轴向刻线重合，为消除测量误差，可在原处多测几次，读数时，把固定套筒、微分筒和表盘上所读得的数字加起来，即为测得的厚度值。然后涂上漆样，按规定时间干燥后，再按此法在相同位置测量，两者之差即为漆膜厚度。也可先测量已涂漆样板的厚度，再用合适的方法除去测量点的漆膜，然后测出底板的厚度，两者之差即为漆膜厚度，各点厚度的算术平均值即为漆膜的平均厚度值。
2.2 磁性测厚仪法（精确度为 1 μm）
2.2.1 调零
取出探头，插入仪器的插座。将已打磨未涂漆的底板（与被测漆膜底材相同）擦洗干净，把探头放在底板上，按下电钮，再按下磁芯，当磁芯跳开时，如指针不在零位，应旋动调零电位器，使指针回到零位，需重复数次，如无法调零，需更换电池。
2.2.2 校正
取标准厚度片放在调零用的底板上，再将探头放在标准厚度片上，按下电钮，再按下磁芯，待磁芯跳开后旋转标准扭，使指针回到标准片厚度值上，需要重复数次。
2.2.3 测量
取距样板边缘不小于 1 cm 的上、中、下 3 个位置进行测量。将探头放在样板上，按下电钮，再按下磁芯，使之与被测漆膜完全吸合，此时指针缓慢下降，待磁芯跳开表针稳定时，即可读出漆膜厚度值。各点厚度的算术平均值为漆膜的平均厚度值。
2.3 涡流测厚仪法（精确度为 1 μm）
2.3.1 校零
进行调零时需要一块洁净的无涂层的被测物，此物的基体材质应与有涂层的被测物相同。打开仪器电源，将探头垂直放置在无涂层的被测物上，进行零校准测量。
2.3.2 标准薄膜校准
取厚度合适的标准薄膜片放在校零用的底板上，再将探头放在标准薄膜片上，进行测量数次后，调整测厚仪显示的数值，直到数值显示为标准薄膜的厚度，需重复测量数次。
2.3.3 测量
取距样板边缘不小于 1 cm 的上、中、下 3 个位置进行测量。将探头垂直放置在涂漆样板上，待数值显示稳定后，即可读出漆膜厚度值。各点厚度的算术平均值为漆膜的平均厚度值。
以上 3 种方法，除杠杆千分尺法外，磁性法和涡流法均不适用于直接测定复合材料基体上的涂层厚度。目前，对于测定复合材料基体上的涂层厚度主要有以下几种方法：超声波法、金相显微镜法（镶嵌法和楔形切割法）和复合材料涂层测厚仪法，这几种方法复杂、成本高、精度高、重复再现性好；还有我们广泛采用的一种方法，就是将金属基体试板和复合材料基体试板平行相邻放置，同时在两种试板上喷涂涂料，待膜层固化后，金属基体试板上的涂层厚度被近似认为是复合材料试板上的涂层厚度，该方法简便、快捷，但精度低。
3 控制涂层厚度的意义
对于涂层施工而言，涂层厚度是涂装工艺中最重要的控制因素，其意义在于：
1）可以防止因涂层厚度控制不当而导致的涂层缺陷。从实际生产现场来看，现场生产中涂层的外观缺陷有很多都是因为涂层厚度控制不当而造成的。一些常见的涂装缺陷（如涂层薄、有橘皮、露底色等），与涂层厚度控制失控有直接的关系，还有一些缺陷也间接同厚度失控有关。例如，汽车保险杠喷涂的第一层底漆厚度达不到要求，会导致整个涂层附着力下降，同时底漆的膜层厚度达不到要求时也会影响其导电效果降低，这样就会引起第一道色漆使用静电喷涂时涂料的转移率下降，最后影响到色漆不足，使整个涂层出现外观缺陷。
2）可以帮助调整外观指标。常见的漆膜外观指标（如光泽、色差、橘皮等）都需要把控制涂层厚度作为基础。上述指标都明显受到涂层厚度，特别是面漆膜厚的影响，因此，在整个涂装质量控制中，把涂层厚度作为最重要的控制因素是必须的。
3）可以帮助控制节约成本。涂装的主要成本中大约有一半是涂料本身的成本，所以有效地控制涂层厚度也是对涂装成本的控制。精确而有效地控制膜厚不仅有助于稳定涂装质量，还有利于节约涂料。据相关统计显示，采用同样设备喷涂时，精确控制涂层厚度的喷涂比未能精确控制的喷涂所消耗的涂料相差约 25%以上。
4 测量涂层厚度时的注意事项和影响因素
1）如果涂层测厚仪是需要安装干电池的，电压不足时，屏幕上会有电池标记在闪烁，若不及时更换，会影响测量结果。
2）磁性法和涡流法原理的测厚仪，在开机时探头距离金属不宜过近，应将探头举在空中再开机。
3）磁性法和涡流法原理的测厚仪，探头要远离强磁场（如变压器、PC 显示屏等）。周围各种电气设备所产生的强磁场，会严重干扰磁性测厚仪工作。
4）测量前，用无绒抹布或蘸合适溶剂擦净被测物表面的一切外来物（如污物、油脂以及锈蚀生成物），但不能损伤任何涂层材料。
5）测量和读数时，应尽量避开被测物的边缘、孔、拐角、弯曲表面等处。因为，测厚仪的探头对试件表面形状的陡变很敏感，因此在靠近试件边缘或内转角处进行测量是不可靠的；试件的曲率对测量也有影响，随着曲率半径的减小，误差明显地增大，因此，在弯曲试件的表面上测量也是不可靠的。
6）通常选用的标准薄膜厚度为待测量厚度的 0.75～ 2.00 倍。因为每一种仪器都有一个临界厚度，大于这个厚度，测量就不受基体金属厚度的影响。
7）测厚期间，如果测量较多的涂层厚度试样，应每测量 15～30 min 再校准一次测厚仪。
8）测试厚度时，被测试样下面不应接触其他金属材料。
9）测厚仪使用的最佳环境应为：温度 0 ～ 40 ℃，相对湿度＜90%。
10）磁性法测量厚度受基体金属性变化的影响（在实际应用中，低碳钢磁性的变化可认为是轻微的），为了避免热处理和冷加工因素的影响，应使用与试件基体金属具有相同性质的标准片对仪器进行校准。
11）基体金属的电导率对测量有影响，而基体金属的电导率与其材料成分及热处理方法有关。所以要使用与试件基体金属具有相同性质的标准片对仪器进行校准。
12）探头会使软涂层试件变形，因此在这些试件上测不出可靠的数据。
13）基体金属和涂层的表面粗糙度对测量有影响。粗糙度增大，影响增大，粗糙表面会引起系统误差和偶然误差，每次测量时，在不同的位置上应增加测量的次数，以克服这种偶然误差。如果基体金属粗糙，还必须在粗糙度相类似的未涂基体金属试件上取几个位置校对仪器的零点，或用对基体金属没有腐蚀的溶液溶解去除涂层后，再校对仪器的零点。
14）一些妨碍探头与涂层表面紧密接触的附着物质也会对测量产生影响，所以必须清除。应时常检查探头顶部是否清洁。如果不清洁，可使用柔软干净的无绒布清洁。
15）在测量中，要保持压力恒定，探头与试件表面应保持垂直，才能达到精确的测量。
5 结语
漆膜厚度虽然会受到上述因素的影响，但现在很多企业都应用机器人喷涂，不仅会对施工过程进行控制，而且会降低喷涂原料的成本。虽然对这些因素的控制能力得到加强，但因为每个因素又受到整个涂装系统中多个因素的影响。因此在实际生产线施工过程中，需要根据实际情况，设计出有效的施工参数的监控体系，确保膜厚可控可调。
参考文献略
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