[其他]涂鍍層厚度動態測量方法和裝置

在審

• 申請號: 101987000003367
• 申請日: 1987-05-13
• 公開（公告）號: CN1005592B
• 公開（公告）日: 1989-10-25
• 發明（設計）人: 邱安生
• 申請（專利權）人: 本溪市無線電九廠
• 代理公司: 電子工業部專利服務中心
• 代理人: 崔雪花;邱應鳳

本發明涉及用磁敏感原理測量各種涂、鍍層厚度，主要由磁性傳感件、激磁電源和測量放大器組成，可以在涂鍍過程中測量出單層、多層、磁性、非磁性涂鍍層厚度。本發明利用磁性材料的表面應力效應，即磁導率隨著涂鍍層增厚、表面收縮應力增加而出現有規律的下降。該過程是一個彈性可逆過程，隨著涂鍍層厚度減薄、應力減小、磁導率將恢復原值。本發明同時可測量出涂鍍過程中基體所受的應力及其變化速度，監測涂鍍層腐蝕過程。

本發明涉及用磁敏感原理動態測量涂鍍層厚度，是一種測量電鍍、化學鍍過程中涂鍍層厚度及沉積速度的方法及裝置。

目前，廣泛使用的是靜態測量鍍層厚度的方法，利用射線法（χ射線，β射線），渦流法，電磁感應法，電量法，電容法等，都只能在電鍍過程完成后測量鍍層的厚度。在電鍍、化學鍍過程中，如何不中斷涂鍍過程，實現在連續涂鍍條件下測量和控制鍍層厚度是目前迫切需要解決的問題。

日本專利昭59-35698《磁性鍍層的測厚方法及測量裝置》提出了將空心測量線圈放入可平行移動的“L”形塑料管中，與平板形陶瓷基板保持2～3mm距離。當陰極陶瓷基板上沉積有鐵鎳合金鍍層時，測量線圈的電感量隨鍍層增厚而增加。采用上述方法僅能在電鍍過程中對平板形基體上的磁性單鍍層進行動態測量，但采用該方法因空心線圈抗干擾能力較差，定位困難，需用玻璃鍍槽，在工業生產中不易實現。

US-3341445提供了一種控制鉭金屬薄膜電阻值的電路，用單向半波脈動直流電源作為惠斯登電橋的直流測量電源，其交流成份和電源波動使測量電路的穩定性和測試精度受到嚴重影響，兩個單向脈動直流電源存在著相互的耦合影響，放大器的一端直接與電解電路陽極相連接，所以總體的平衡調整困難，容易受到外界干擾影響，穩定性較差。

本發明的目的是克服上述已有技術的不足，利用磁性材料的表面應力效應，通過磁性傳感件在電鍍、化學鍍過程中不但能測量出單層鍍層，而且能測量出多層鍍層厚度;不但能測量出磁性鍍層，而且能測量出非磁性鍍層厚度;不但能測量出平板形，而且能測量出其它任意復雜形狀基體上的鍍層厚度，提供了一種動態測量涂鍍層厚度的方法及裝置。

本發明的基本原理是應用磁性材料的表面應力效應及其可逆性?，F以電鍍過程為例加以說明。鍍層收縮應力示意圖2中鍍件〔4〕基體形成鍍層D后將產生收縮壓應力。圖2中〔3〕為電鍍液，〔5〕為陽極板。而鍍層產生的收縮壓應力將會影響磁性材料的磁特性，對軟磁材料的基本磁化曲線，即B-H曲線的影響十分明顯。圖3列出了某些軟磁材料B-H曲線在電鍍過程中隨鍍層的增加、收縮壓應力增大后，B-H曲線將向下移動。軟磁材料基體電鍍后基本磁化曲線變化示意圖3中曲線L₁為無鍍層時測得的B-H曲線，L₂為薄鍍層時，L₃為厚度層時測得的B-H曲線。在初始段，即磁場強度H較小時，作H₀線，分別與L₁、L₂和L₃相交于d、e、f三點，而三個交點的磁感應強度B的數值分別為B₁、B₂和B₃?？梢钥闯?，隨鍍層增厚、應力增大、磁感應強度B明顯下降。由此可得磁導率μ與鍍層厚度和應力變化關系曲線。

μ＝B/H，H-磁場強度 B-磁感應強度

如鍍層動態測量裝置示意圖1中，采用標準圓環制做的磁性傳感件〔6〕進行電鍍后，配合靜態的鍍層測厚儀和靜態鍍層應力測量裝置，通過標定換算可以得始磁導率μ，分別與鍍層厚度δ和鍍層應力σ的變化關系曲線，即μ-σ曲線和μ-δ曲線。

磁性材料表面應力效應的可逆性表現為：當磁性體受到壓力時，磁導率下降。如果這種壓應力形變是在彈性形變的范圍內，即壓應力σ＜σm時（σm-彈性形變的極限應力），則當外加的壓應力消失后，磁性體表面形狀恢復原狀態，而磁導率隨著恢復原值。金屬表面的涂鍍加工過程一般都是彈性可逆過程，現以電鍍過程為例加以說明，磁導率μ與涂鍍層收縮應力σ變化曲線如圖4，磁導率μ與涂鍍層厚度δ變化曲線如圖5。在電鍍過程中磁性體表面形成了封閉鍍層，隨著時間的增長，鍍層增厚，壓應力δ不斷增加。其應力σ的數值大小，主要取決于鍍層金屬的彈性模量E，沉積結晶狀態系數K₁和鍍層厚度δ，即：