اندازه گيري ضخامت پوشش هاي دوگانه

[ghasem motamedi]

يكي از موضوعات مورد توجه در كنترل كيفيت پوشش هاي دوگانه بويژه در پوشش هاي آلي اندازه گيري ضخامت پوشش مي باشد.ابزارآلات قابل حمل (دستي)و جديدي براي اين منظور طراحی و عرضه شده است.

كلمات كليدي: ضخامت سنج،پوشش دوگانه، القاي مغناطيسي ،جريان گردابي

اندازه گيري ضخامت پوشش برای تولیدکننده و مصرف کننده حائز اهميت است. عيوب موجود در پوشش مي تواند منجر به زنگ زدگی سطح گردد، بدین ترتیب اهمیت كنترل كيفيت محصول بارز گشته و در بسياري از موارد نیاز به مستند نمودن اندازه گيري ها به شكل الكترونيكي است.اگر تولیدکننده و مصرف کننده از دو روش متفاوت يا دو نوع متفاوت از ابزارآلات سنجش استفاده نمايند معمولا تعارضاتي در نتايج با هم خواهند داشت.اين مقاله روش هاي آزمون، روش هاي جديد توسعه يافته در تعيين ضخامت پوشش ٬ كاربردهاي عمومي ٬ و نوآوري هاي جديد در ابزارآلات سنجش ضخامت پوشش وكاربرد عملي آنها وهمچنين مناسب بودن آنها براي کاربردهای خاص را ارائه مي دهد.
برخی از پوشش هاي محافظ خوردگي كه پوشش دوگانه ناميده مي شوند٬ شامل یک پوشرنگ يا پوشش پلاستيكي بر روي صفحات فلزي گالوانيزه هستند كه در صنعت ساختمان و خودرو كاربرد دارند.
مثل هر سيستم محافظ خوردگي ضخامت خاص هر پوشش يكي از مشخصه هاي مهم كيفي در پوشش هاي دوگانه است.
اين آزمون ها هيچ هزينه ي اضافه ای در بر نداشته و اندازه گيري ضخامت غيرمخرب است. بهر حال بدليل تنوع پوشش هاي دوگانه بايد ابتدا اين پوششها را با توجه به قابليت اندازه گيري آنها طبقه بندي و تعريف نمود.
انواع پوشش هاي دوگانه :
1- فولادهاي با پوشش گالوانيزه به روش غوطه وري گرم( hot-dip) با پوشش روي ضخيم تر از 80 ميكرومتر دارای مناطق نفوذ یافته روي در آهن ويك پوشرنگ با ضخامت تقريبي 85 ميكرومتر مي باشد که درابتدا در فولادهاي ساختماني بکار مي رفتند.
2- مدلي با ضخامت روي بين صفر تا 10 ميكرومتر٬ به روش رسوب برقي ويا غوطه وري در وان حاصل شده و ضخامت پوشرنگ تا 150ميكرومتر مي رسد. اين موارد معمولا در بدنه خودرو مورد استفاده قرار مي گيرد.
3- سيستمهاي پوششی روی لوله ها(بطورمثال لوله هاي ترمز)صفحات فلزي براي نماي خارجي ساختمان ها٬ قطعاتی نظير ( چرخ دستي هاي خريد درفروشگاهها) يا لوازم خانگي با ضخامت روي تا 30ميكرومتر و با پوشش آلي نظير پوشرنگ يا پلاستيك تا ضخامت 200 ميكرومتر.
4- پوشش هاي شامل لايه آلي ويك لايه از فلز روي –آهن يا يك لايه از آلياژ روي –نيكل می باشد. به سبب قيمت بيشتر پوشش با آلياژ روي اين موارد در قطعاتي از خودرو مورد استفاده قرار مي گيرند كه شانس خوردگي بیشتری دارند.

روش هاي آزمون :
روش القاي مغناطيسي پوشش هاي غير مغناطيسي بر روي زیرآیندهای آهني وپوشش هاي مغناطيسي را برروي سطوح غير مغناطيسي اندازه گيري مي نمايد. فرايند مستقيم مي باشد ٬ پروب برروي قسمتي كه ميخواهيم ضخامتش را اندازه بگيريم قرار مي گيرد. وقتيكه پروب تغيير مكان داد حد فاصله بين نوك پروب( كه با سطح زيرآیند در تماس است) وسطح زيرآیند اصلي اندازه گيري مي شود.
داخل پروب اندازه گير يك سيم پيچ قرار دارد كه توليد يك دامنه مغناطيسي متغير مي نمايد.وقتي كه پروب بروي سطح زيرآیند قرار مي گيرد٬ دانسيته شار مغناطيسي اين ناحيه را تغيير مي دهد.تغيير در القاي مغناطيسي بوسيله يك سيم پيچ ديگر اندازه گيري مي گردد.خروجي از سيم پيچ دومي به يك ميكروپروسسور انتقال مي يابد جائيكه به عنوان ضخامت پوشش اندازه گيري شده و برروي صفحه بصورت ديجيتالي نشان داده ميشود.
روش القاي مغناطيسي بسيار سريع مي باشد ومي تواند با يك ضخامت سنج دستي اندازه گيري شود.اين آزمون يك آزمون غيرمخرب و نسبتا ارزان بوده٬ كار با آن آسان،دقيق و تكرارپذير مي باشد ومقادير بدست آمده بطور همزمان بصورت ديجيتالي در اختيار ما قرار مي گيرد. كاربرد عمده اين روش در اندازه گيري پوشش هاي اعمالي برروي سطح بصورت مايع ويا پودري مي باشد بعلاوه برروي زيرآیندهاي آهني وفولادي كه آبكاري كروم٬ روي٬ كادميوم و فسفاته شده نیز كارايي دارد.

شكل1 : روش القاي مغناطيسي

روش جريان القایی در سنجش ضخامت پوشش هاي نارسانا بر روي زيرآیندهای غيرآهني رسانا٬ پوشش هاي غيرآهني رسانا بر روي سطوح زيرآیند غيررسانا و بعضي از پوشش هاي غيرآهني بر روي فلزات غيرآهني بعنوان يك روش غيرمخرب مطرح است. اين روش بسيار شبيه روش القاي مغناطيسي مي باشدو حتي ميتواند با استفاده از پروب هاي طراحي شده در قبل نيز استفاده شود. امتیاز روش جريان هاي گردابي بسيار شبيه روش هاي القاي مغناطيسي نظير هزينه پايين٬ سادگي كاربرد٬ دقت و تكرارپذيري و سنجش همزمان با ارايه اطلاعات بطورهمزمان بصورت ديجيتالي مي باشد.

شكل 2: روش جريان گردابي
ضخامت سنج جريان گردابي( eddy current) نيز از پروبي استفاده مي نمايد كه داراي سيم پيچ است. اين پروب/ سيم پيچ بوسيله يك اسيلاتور( نوسان گر) فركانسي متناوب با دامنه بالا توليد مي نمايد. وقتي كه اين ناحيه در نزديكي يك رساناي فلزي قرار مي گيرد جريان هاي گردابي در آن مواد رسانا توليد مي شود كه در نتيجه آن مقاومت ظاهري(امپدانس) در سيم پيچ پروب تغيير مي نمايد. فاصله بين سيم پيچ پروب وسطح زيرآیند رسانا ميزان تغيير مقاومت ظاهري را مشخص مي نمايد. كاربردهاي عمومي اندازه گيري ضخامت پوشش با روش جريان گردابي شامل پوشش هاي مايع وپودري بر روي آلومينيوم و فولاد ضدزنگ غيرمغناطيسي همچنين برروي آلومينيوم آنودايز مي باشد.
انتخاب روش اندازه گيري :
از زماني كه پوشش هاي دوگانه تركيبي از پوشش هاي فلزي و آلي شدند٬ روش هاي معمول اندازه گيري براي تعيين سيستم هاي چند پوششه مردود شدند چرا كه اين ها قادر به اندازه گيري پوشش هاي کاملا آلي نبودند، بنابراين تنها ابزارآلاتي ضخامت كه كاملا اقتصادي و غيرمخرب و با كاربردساده مورد استفاده قرارگرفت از ادغام روش القاء مغناطيسي و روش آزمون جريان هاي گردابي(eddy ) بهره مي برد.
با استفاده از روش القاء مغناطيسي مطابق با استاندارد DIN EN ISO 2170 ضخامت تمام پوشش هاي ساخته شده از مواد غيرمغناطيسي برروي فولاد و آهن قابل اندازه گيري مي باشد. با استفاده از روش معمول جريان هاي گردابي مطابق با استانداردDIN EN ISO 2360 بصورت الكتريكي ضخامت پوشش هاي نارسانا برروي فلزات غيرآهني قابل اندازه گيري شد.
براي مثال امکان ضخامت سنجی يك پوشرنگ بر روي يك پوشش مياني حاوي روي فراهم می گردد. متاسفانه پوشش هاي روي كه به روش هاي غوطه وري گرم و رسوب برقی انجام شده باشند رسانایی الكتريكي در حدود MS/m7 ( مس در حدودMS/m58) را از خود نشان مي دهند. در اندازه گيري با فركانس در حدود MHz 20 ٬ كه ميتوان به مقادير با هزينه قابل توجيه دست يافت٬ پوشش روي داراي حداقل ضخامت 80تا 100 ميكرومتر مي باشد. فقط سيستم هاي دوگانه در گروه 1 در اين تقسيم بندي قرار مي گيرند.
از يك مدل توسعه يافته كه" روش فاز حساس به جريان گردابي ناميده ميشود"٬ براي اندازه گيري پوشش هاي فلزي بطور اصولي بر روي هر نوع زيرآیندي استفاده ميشود. براي اطلاعات بيشتر به پيش نويس استاندارد ISO/DIS 21968 مراجعه نمائيد. يكي از كاربردهاي شگفت انگيز این روش اندازه گيري ضخامت پوشش هاي غيرآهني برروي فولادهاي فرو مغناطيسي مي باشد.
جنين اندازه گيري هايي با ابزاری كه داراي طراحي مناسب باشد حتي در يك پوشش غيررسانا بصورت الكتريكي امكان پذير است. شكل 3 نشان ميدهد كه اين روش چگونه كار ميكند.



شكل 3: سطح مقاومت ظاهري در پروب(probe) جريان گردابي:
ضخامت يك پوشش فلزي(دراينجا فلز روي) ازطريق زاويه فاز سيگنال مقاومت ظاهري درمحل فاصله پروب (نقطه بلند شدن نوك پروب)قابل تعيين مي باشد.

ارسال سيگنال الكتريكي از پروب آغاز ميگردد كه ميتواند مانند يك فلش (بردار) با يك شدت متغير و زاويه فاز( فاز ٬ براي كوتاه ها) مشاهده گردد. در يك سيستم پوشش دوگانه٬ متغير بودن ضخامت روي باعث يك تغيير در شدت و فاز اين بردار ميشود٬ درحاليكه با افزايش يا كاهش در ضحامت پوشرنگ فقط بر روي شدت بردار اثر مي گذارد.
با استفاده از ابزارآلات الكتريكي مناسب كه قادر به سنجش سيگنال پروب برطبق شدت وزاويه فاز آن مي باشد ٬ ضخامت روي بدون وابستگي به ضخامت پوشرنگ روي آن قابل تعيين برمبناي فاز مي باشد.اندازه تغييرات فاز باعث ميشود كه ضخامت روي از روي فركانس اندازه گيري جريان گردابي براي دامنه ضخامت روي مورد بحث بهينه گردد.
از زمانيكه پوشش هاي دوگانه٬ با شرح رياضي در معادلات سيستمي با دو مجهول شناخته ميشوند٬ براي حل نياز به دو معادله كه كاملا غير وابسته بهم باشند داريم.اولين آنها بوسيله روش فاز حساس جريان هاي گردابي كه در بالا ذكر شد ارائه مي گردد ٬ در حاليكه دومين آنها براحتي از روش القاي مغناطيسي متداول بدست مي آيد. همانگونه كه در بالا ذكر شد اين روش ميتواند تمامي ضخامت هاي سيستم هاي دوگانه را اندازه گيري نمايد.اگر يك تفريق جداگانه ضخامت روي بدست آمده از اين اندازه انجام دهيم مقدار بدست آمده ضخامت پوشش آلي مي باشد.شكل 4 بصورت شماتيك اين مورد را بازگو مي نمايد .

شكل4: تعيين ضخامت يك لايه از پوشش در یک پوشش دوگانه

تعادل بين مقدار(اندازه ) پوشش هاي دوگانه و حل يك سيستم معادله با دو مجهول همچنين نشان ميدهد كه روش شرح داده شده در بالا نميتواند براي اندازه گيري پوشش هايي كه داراي منطقه نفوذ(پراكندگي ) روي –آهن هستند مورد استفاده قرار بگيردچرا كه داراي ضخامت وابسته وخواص الكتريكي ويا خواص مغناطيسي هستند كه از آن دو موادزيرآیند قبلي متفاوت هستند ويا دراين حالت پوشش خالص روي اتفاق مي افتد كه بعنوان مجهول سوم نمود پيدا مي نمايد.
روش فاز حساس جريان گردابي نيازمند رسانایی الكتريكي زياد پوشش فلز مي باشد بطوریكه قابل اندازه گيري باشد. متاسفانه پوشش هاي آلياژ روي شرح داده شده در بخش 4 بعلت ساختار بلوری شان عمدتا دارای رسانایی الكتريكي كمتر از MS/m1 مي باشند. امكان سنجش ضخامت پوشش بر اساس فاز در فركانس ها ي بالاتر از MHz 10 وجود داردکه در ابزارآلات سنجش ضخامت پوشش با يك هزينه توجيه پذير اقتصادي نمي باشد.

انتخاب ضخامت سنج:
بسياري از ابزارآلات قابل دسترس امروزي بر اساس تركيبي از هر دو مکانیزم القاي مغناطيسي و جريان گردابي كار مي كنند. اين بدين معني است كه به مصرف كننده امكان سنجش در دامنه وسیعتر بدون تغيير در نوع ضخامت سنج را مي دهد . مصرف كننده معمولا ميتواند از بين ضخامت سنج هاي اصلي كه فقط مقدار ضخامت را بصورت ديجيتالي نشان ميدهند ويا ضخامت سنج هايي كه مقادير اندازه گيري شده را ذخيره مي نمايند و به ما اطلاعات آماري نظير متوسط آنها ٬انحراف استاندارد و يا بالاترين وپائين ترين مقدار سنجش را ارائه مي دهد یکی را انتخاب کند.
نوع ديگري از انتخاب بر پايه شكل قطعه اي است كه اندازه گيري مي شود. براي تمام قطعاتي كه اندازه گيري ميشوند نمي توان از يك نوع ضخامت سنج و پروب استفاده نمود. وقتي كه با يك قطعه با شكل هاي پيچيده مواجه هستيم. پروب هاي مختلف جداگانه اي عرضه ميشوند: براي مثال سنجش ضخامت پوشش برروي قطرداخلي يك لوله ممكن است نياز به پروب 90درجه داشته باشد٬ در حاليكه سنجش برروي يك سطح صاف بجهت حصول بهترين كارايي نياز به يك پروب با زاويه صفر درجه دارد. عواملي نظير انحناء سطح٬ زبري سطح ٬ ضخامت سطح٬ نفوذپذيري مغناطيسي و رسانایی سطح بر روي سنجش ضخامت پوشش تاثيرگذار هستند كه بايستي در هنگام كاليبره نمودن در نظرگرفته شوند.
همانطور كه قبلا اشاره شد قابليت ذخيره مقادير اندازه گيري شده براي مستند سازي هاي بعدي و تهيه گزارشات اغلب بسيار مهم اعلام شده است. اين نوع از گزارش ها ميتوانند به تعيين الگوي پاشش كمك كنند ويا ممكن است براي بازرسي قطعات ورودي استفاده شوند. بعضي از دستگاه ها نيز طوري طراحي شده اند كه ميتوانند از طريق انتقال راديويي تمامي اطلاعات خوانده شده از محل كار را به يك رايانه تا فاصله 60 فوتي انتقال دهند .اطلاعات مي تواند بطور مستقيم وارد يك برنامه آماري كنترل كيفيت شده٬ پالايش گرديده و اطلاعات مورد نياز ذخيره گرديده واطلاعات غيرضروري حذف گردد كه اين مورد صرفه جويي مناسبي در زمان براي ما خواهد داشت.
يكي ديگر از موارد براي سنجش ضخامت پوشش ها ومستند سازي آن٬ سيستم bench-top مي باشد. سيستم هاي bench-top يك نمايش بزرگ ديجيتالي با يك برآورد تماما آماري از مقادير اندازه گيري شده مي باشند. اين موارد شامل مقادير متوسط ٬ انحراف استاندارد٬ ضريب تغييرات ٬ مقادير حداكثر و حداقل٬ تعداد اندازه گيري ها٬ ارقامي كه بصورت تكي و يا گروهي سنجش شده باشند٬ قابليت محاسبه عوامل فرايند ٬قابليت كشيدن جدول با آزمون براي توزيع نرمال ٬گروه بندي اتوماتيك بعداز n بار سنجش ويا ارزيابي اتوماتيك نهايي بعد از n گروه٬ برآورد گروه ها يا در نظرگرفتن شماره گروه ها ويا مشخصه خاص گروه ها مي باشد. بعضي از سيستم هاي bench –top حتي فرم هاي الگوهاي خاصي كه مشتري نياز دارد را نيز درنظر گرفته است.
برخي از سيستم هاي bench-top علاوه بر مزاياي مستند سازي، قابليت تركيب روش هاي آزمون متفاوت را نيز براي اندازه گيري يك سيستم دارا مي باشند. چنين حالتي تركيبي از روشهاي مختلف آزمون است كه مزاياي تركيبي هر روش را دارا مي باشد بدين معني كه در دامنه كاربردي وسيعتري از ضخامت سنجي پوشش ها كاربرد دارند.

ابزار قابل حمل با قابليت تركيب دو روش اندازه گيري:
در بسياري از كاربردهاي عملي يك ابزار قابل حمل مورد نياز است. بطور نمونه در شكل 5 دستگاهي باپروب اندازه گيري ضخامت پوششهاي دولايه آورده شده است. اين وسيله روش القاي مغناطيسي را با روش نفوذ جريان گردابي تركيب كرده است. بعد از قرارگيري پروب دستگاه روي سطح ، اندازه گيري با هر يك از دو روش فوق و بدون هيچ انتخاب يا عملي از سوي كاربر انجام مي شود. سپس ميزان اندازه گيري شده ضخامت هر دو لايه از پوشش بطور جداگانه روي صفحه نمايشگر LCD نشان داده مي شود. بنابراين پروب بايد هر دو سيستم مورد نياز جهت اندازه گيري ضخامت را درون خود داشته باشد.
اين دستگاه بيش از 20000 اندازه را كه حداكثر در 100 بار اندازه گيري بدست آمده اند نگهداري كرده و بعد از انجام محاسبات آماري ، به وسيله كابل استاندارد RS232 به كامپيوتر منتقل مي كند. تمام تنظيمات دستگاه با سيستمهاي راهنماي كاربر و با قابليت ورود اطلاعات حروفي و عددي ساخته شده اند.
سطوح فلزي جهت اعمال پوشرنگ معمولاً پيش آماده سازي مي شوند ، به عنوان مثال جهت چسبندگي بهتر سطوح آنها را فسفاته مي كنند. ضخامت چنين لايه اي كه صرفاً براي بهبود چسبندگي اضافه شده اند اغلب مورد توجه قرار نمي گيرد. دستگاه هايي نظير دستگاه فوق اين قابليت را دارد كه با توجه به طبيعت چنين لايه هايي از يك مقدار ثابت( به عنوان مبداء) استفاده كند. در اين روش در هر اندازه گيري يك مقدار ثابت معمولاً بين 1 تا 5 ميكرون از مقدار اندازه گيري شده كم مي شود.
دستگاهي كه براي اين هدف طراحي شده معمولاً براي اندازه گيري ضخامت هر سيستم پوششي دولايه روي فولاد يا آهن ، شامل پوشش فلزي، لايه مياني غير فرومغناطيسي و پوشش نهايي الكتريكي نارسانا تا زمانيكه رسانایی الكتريكي و ضخامت لايه مياني حداقل 5MS µm/m است مناسب مي باشد.
هر چند مهمترين كاربرد اين وسيله در اندازه گيري ضخامت لايه هاي دوتايي در گروه 2 و 3 مي باشد بعضي از كاربردهاي اين وسيله در ادامه به اختصار معرفي مي شوند.

شكل 5- دستگاهي باپروب اندازه گيري ضخامت پوششهاي دولايه

كاربردهاي ويژه:
-رنگ آميزي بدنه خودرو
استفاده از ورقهاي گالوانيزه در صنعت خودرو بطور چشمگيري در حال افزايش است. استفاده از پوشش روي (Zn) در حال حاضر نيز رايج است. اين كار به يكي از روشهاي « الكتريكي » يا « فرو بردن در حمام روي » صورت مي گيرد. اگر ضخامت لايه روي در همه جاي صفحه يكسان باشد ، ضخامت لايه بعدي از طريق رايج القاي مغناطيسي توسط يك ضخامت سنج معمولي انجام مي شود. در اين مواقع مي توان به سادگي يك مقدار ثابت را از عدد اندازه گيري شده كم كرد. اما ضخامت لايه روي هنگام شكل دادن ورق گالوانيزه تغيير مي كند و معمولاً ضخامت يكنواخت نمي باشد.در طي انجام فرايند شكل دادن ممكن است پوشش روي در جاهايي از خم شدگيها موج دار و يا پوسته پوسته شود.اين امر ممكن است ضخامت لايه را بين 3 تا 9 ميكرون تغيير دهد و حتي گاهي منجر به برداشته شدن كل لايه شود.
هنگامي كه سطح جهت رفع عيوب پوشرنگ سمباده زني و سپس مجدداً پوشش دهي مي شود نيز شرايط مشابهي ايجاد مي شود.در اين وضعيت لايه روي(Zn) ممكن است در اثر سمباده زني از بين رفته و كاهش چشمگيري در ضخامت لايه رنگ در يك ضخامت سنج معمولي مشاهده شود.اين مسأله نه تنها براي بازرسي مشكل ساز است ، بلكه به طور خاص براي كنترل كردن كيفيت رنگ ED بحراني است زيرا ضخامت مورد بحث عموماً در حدود 20 ميكرون مي باشد و خطايي در حد 6-5 ميكرون در اندازه گيري ضخامت به دليل لايه روي از بين رفته ، بالاي حد مجاز خطا ، ايجاد مي شود.
دستگاه دوگانه مورد اشاره در قسمت قبل ، براي اندازه گيري ضخامت لايه پوشرنگ به طور مستقل از ضخامت لايه روي(Zn) مناسب مي باشد . با اين وسيله دقت قابل تكرار اندازه گيري ضخامت لايه روي در حد چند دهم نانومتر و براي اندازه گيري ضخامت لايه پوشرنگ زير 5/0 ميكرون مي باشد.
براي كاهش وزن وسيله نقليه، برخي خودروسازها در حال افزايش استفاده از ورقهاي آلومينيومي در قسمتهايي از بدنه كه جنبه ايمني ندارند هستند. به همين دليل اين وسيله اندازه گيري مجهز به روش اندازه گيري با جريان گردابي (Eddy current) بوده و اندازه گيري ضخامت اين بخشها مطابق استاندارد انجام مي شود.اين كار بدون نياز به هيچ فرماني از طريق كاربر صورت مي گيرد. چرا كه ممكن است اپراتور حتي نداند كدام قطعه از آهن و كدام از آلومينيوم ساخته شده است. ابزار بطور اتوماتيك روش دوگانه(Duplex) يا جريان گردابي (Eddy current) را به محض تماس پروب با سطح ، انتخاب مي كند و مقدار ضخامت لايه پوشرنگ را صرفنظر از جنس ورق فلزي زير آن محاسبه و ذخيره مي كند.
برخي از روشهاي اندازه گيري ضخامت، به راحتي اندازه گيري ضخامت پوشرنگ روي فولاد نيستند. به پوششهايي كه روي ورق گالوانيزه اعمال شده اند ومعمولاً در صنايع خودروسازي بكار مي روند پوششهاي دولايه اطلاق مي شود.در چنين مواردي ضخامت هر دولايه پوشرنگ و گالوانيزه به صورت جداگانه حائز اهميت مي باشد. در كارخانجات ساخت بدنه خودرو ضخامت لايه روي(Zn) بين صفر تا 10 ميكرون مي باشد.ضخامت پوشرنگ تقريباً به 150 ميكرون هم مي رسد.
پوشش گالوانيزه به روشهاي غوطه وري داغ و يا الكتريكي بر سطح فلز اعمال مي شود.اگر ضخامت لايه روي (Zn) يكنواخت باشد ، ضخامت لايه پوشرنگي كه بعداً روي سطح اعمال شده مي تواند به كمك يك دستگاه ضخامت سنج معمولي كه به روش شارمغناطيسي عمل مي كند اندازه گيري شده و عدد خوانده شده از يك مقدار ثابت كسر شود.
اما ضخامت لايه روي هنگام شكل دادن ورق گالوانيزه تغيير مي كند.در طي انجام فرايند شكل دادن ممكن است پوشش روي در جاهايي از خم شدگيها موج دار و يا پوسته پوسته شود.اين امر ممكن است ضخامت لايه را بين 3 تا 9 ميكرون تغيير دهد و حتي گاهي منجر به برداشته شدن كل لايه شود.
هنگامي كه سطح جهت رفع عيوب پوشرنگ سمباده زني و سپس مجدداً پوشرنگزني مي شود نيز شرايط مشابهي ايجاد مي شود. در اين وضعيت لايه روي(Zn) ممكن است در اثر سمباده زني از بين رفته و كاهش چشمگيري در ضخامت لايه پوشرنگ در يك ضخامت سنج معمولي مشاهده شود.اين مسأله نه تنها براي بازرسي مشكل ساز است ، بلكه براي كيفيت يك پوشرنگ ED بحراني است زيرا ضخامت بطور مثال فقط 20 ميكرون مي باشد.يك خطاي 6-5 ميكروني در اندازه گيري ضخامت به دليل لايه روي از بين رفته ، بالاي حد مجاز خطا ، ايجاد مي شود.
دستگاه دوگانه مورد اشاره در قسمت قبل ، به عنوان مثال مي تواند ضخامت لايه پوشرنگ را مستقل از ضخامت لايه روي(Zn) اندازه گيري كند.دقت تكرارپذير اندازه گيري ضخامت روي هنگامي كه اندازه لايه پوشرنگ اندازه گيري شده زير 5/0 ميكرون باشد، در حدود 10 نانومتر است.
براي كاهش وزن وسيله نقليه بعضي خودروسازها در حال افزايش استفاده از ورقهاي آلومينيومي در قسمتهايي از بدنه كه جنبه ايمني ندارند هستند.اندازه گيري ضخامت پوشش روي يك قطعه آلومينيومي مي تواند با يك گزينه جريان گردابي جهت اندازه گيري ضخامت لايه پوشرنگ مطابق استاندارد انجام شود. بدون هيچگونه دخالت انسان (كاربر ممكن است حتي نداند كدام قطعه از آهن و كدام از آلومينيوم ساخته شده است) ابزار بطور اتوماتيك روش دولايه اي يا جريان گردابي را به محض تماس پروب با سطح انتخاب مي كند و مقدار ضخامت لايه پوشرنگ را صرفنظر از جنس ورق فلزي زير آن محاسبه و ذخيره مي كند.
- پوششهاي دولايه روي لوله ها يا سيمها :
نمونه هاي كاربردي از پوششهاي دولايه بر روي لوله ها و سيمها در قسمتهاي مربوط به سيستم ترمز يا سوخت رساني در صنايع خودروسازي و همچنين در لوله هايي كه در معرض خوردگي شديد قرار دارند و يا در ساخت چرخ دستي مخصوص خريد كه از سيمهاي بافته شده ساخته مي شود به چشم مي خورد. اكثر اين موارد داراي پوشش دولايه شامل يك لايه نسبتاً ضخيم روي به ضخامت حدود 25 تا 30 ميكرون و يك پوشش آلي ديگر با ضخامت بين 20 تا 100 ميكرون مي باشند.
در اينجا نيز اندازه گيري جداگانه دولايه از اهميت ويژه اي برخوردار است ، چرا كه هر لايه وظيفه متفاوتي دارد و كيفيت كار منوط به ضخامت هر يك از لايه ها بطور جداگانه است.
مزيت ويژه در روش اندازه گيري فوق الذكر در خصوص محصولاتي است كه پوشش دولايه در فرايند پيوسته روي آنها اعمال مي شود نظير لوله هاي مدار سوخت يا مدار ترمز در خودروها. در اين كاربردها پوشانش پلاستيكي بلافاصله بعد از الكترگالوانيزه كردن لوله و به صورت پيوسته انجام مي شود. هر گونه بازرسي لايه روي در ميانه كار منجر به توقف پرهزينه فرايند توليد مي گردد.
ساير روشهاي اندازه گيري ضخامت :
روشهاي ديگري جهت اندازه گيري ضخامت پوشش ، مخصوصاً در صنايع خودرو سازي وجود دارد.اين روشها شامل كولومتري ، بازتاب سنجي اشعه بتا(beta backscatter) و تابش اشعه X مي باشد.
روش كولومتري كاربردهاي مهم فراواني دارد.از قبيل پوششهاي دولايه نيكل در صنعت خودرو.اين تكنيك تعيين وزن يك سطح از پوشش فلزي (نظير آبكاريها) از طريق برداشتن آنديك موضعي پوشش و محاسبه ضخامت بر اساس وزن واحد سطح مي باشد.
اندازه گيري ضخامت با يك سلول الكتروليز كه از يك الكتروليت بخصوص براي برداشتن پوششهاي خاص ساخته و پر شده است، انجام مي شود. در اين روش از يك جريان ثابت براي جدا سازي لايه پوششي روي قطعه كه در آند مجموعه باطري ساخته شده قرار مي گيرد، استفاده ميشود.
با فرض چگالي جريان ثابت و مساحت ثابت سطح قطعه ، ضخامت پوشش متناسب است با زماني كه طول مي كشد تا پوشش كنده شود.
اين روش مخصوصاً براي اندازه گيري پوششهاي رساناي جريان الكتريسيته روي يكزيرآيند رسانا مفيد است.
روش بازتاب سنجي اشعه بتا وقتي نمونه در معرض تابش اشعه بتاي ساطع شده از يك منبع قرار مي گيرد ، بكار مي رود. يك پرتو از ذرات بتا مستقيماً از ميان روزنه به سوي قطعه پوشش داده شده ارسال شده و قسمتي از اين پرتو ذرات كه از روي سطح بازتاب پيدا مي كند به وسيله يك دستگاه از طريق روزنه باريكي به درون لوله GM ( Geiger Muller tube) فرستاده مي شود.گازي كه درون لوله GM وجود دارد ، اشعه بتا را يونيزه مي كند و باعث ايجاد يك تخليه لحظه اي درميان الكترودهاي درون لوله مي شود.. تخليه به صورت يك پالس به وسيله يك شمارنده الكترونيكي شمرده مي شود و تعداد پالسها بعداً به ضخامت پوشش تبديل شده و نمايش داده مي شود.
بازتاب ذرات بتا درموادي كه عدد اتمي نسبتاً پاييني دارند نسبتاً كمتر از مواد با عدد اتمي بالا است. به عنوان مثال در يك قطعه با جنس مس و پوشش طلا با ضخامت 60 ميكرواينچ ، ذرات بتا از هر دو ماده (سطح و پوشش) بازتاب مي كنند.اگر ضخامت پوشش زياد شود ، سرعت بازتاب زياد مي شود . تغيير در سرعت پراكندگي ذرات اندازه گيري ضخامت پوشش را ممكن مي سازد.
اين تكنيك هنگامي كه عدد اتمي پوشش و لايه زيرين20 درصد اختلاف دارند، قابل اجراست. كاربرد شامل اندازه گيري ضخامت طلا، نقره و قلع روي اجزاء الكترونيكي ، پوشش روي ابزارهاي برش ، آبكاريهاي تزئيني ، پوششهاي VD(vapor-deposited) روي قطعات الكترونيكي ، سراميك و شيشه كاربرد دارد. از ديگر كاربردها مي توان اندازه گيري ضخامت پوششهاي آلي نظير روغن ها يا روانسازها روي ذرات نام برد.
تابش اشعه X (XRF) يك روش چند بعدي و بدون تماس براي پوشش لايه هاي نازك از آلياژ روي قطعات كوچك مي باشد.
اندازه گيري به وسيله قرار دادن قطعه در معرض اشعه X انجام مي شود. يك موازي ساز، اشعه X را به سمت يك سطح معين از نمونه تنظيم مي كند. اين تشعشع X موجب نشر (تابش) اشعه X از پوشش و زيرآيند مي شود.اين تابش به وسيله يك آشكارساز متفرق كننده انرژي نمايان مي شود.
استفاده از قطعات الكترونيكي مناسب ، امكان ثبت ميزان اشعه انتشار يافته از پوشش و زيرآيند را ممكن مي سازد. همچنين آشكارسازي انتخابي پوشش خاص هنگامي كه يك لايه مياني وجود دارد را ممكن مي سازد. كاربردهاي معمول شامل بردهاي مدارهاي چاپي ، قطعات الكترونيكي ، جواهرات و وسايل نوري مي باشد.
جمع بندي:
روش و ابزار اندازه گيري معرفي شده ضخامت پوشش هاي دوگانه، وسيله اي قابل اطمينان و سهل الاستفاده براي اندازه گيري غيرمخرب ضخامت سيستمهاي پوششي دولايه روي آهن يا فولاد با يك لايه روي و يك لايه اضافي پوشرنگ يا پلاستيك روي آن در اختيار مي گذارد. اين دستگاه با توجه به قابليت اندازه گيري هر دولايه با دامنه اندازه گيري بزرگ براي طيف وسيعي از كاربردها مناسب مي باشد. ضخامت هر دو لايه به صورت همزمان بر روي يك صفحه بزرگ LCD نمايش داده مي شود. داده هاي اندازه گيري شده مي توانند بلافاصله ارزيابي آماري شوند و با درج ساعت و تاريخ به يك چاپگر يا كامپيوتر منتقل گردند.



منابع:
1. Coating thickness measurement: the fundamentals by By Paul Lomax
Fischer Technology Inc.
Windsor, CT 02/2006
2. Measurement of the coating thickness on galvanized steel sheet by Peter Neumaier,Helmmut-Fischer GMbH+co. JOT (international surface technology 2005) magazine
3. مقالات مربوط به ضخامت سنج ها وروش هاي ضخامت سنجي در اينترنت