Các phương pháp đo chiều dày lớp mạ
Đo chiều dày lớp mạ là quá trình quan trọng để kiểm tra chất lượng và độ bền của lớp mạ trên bề mặt vật liệu. Có nhiều phương pháp khác nhau, mỗi phương pháp đều có những đặc điểm riêng biệt.
Phương pháp cảm ứng điện từ
Phương pháp cảm ứng điện từ dựa trên hiện tượng thay đổi từ trường khi có lớp phủ không từ tính trên vật liệu nền từ tính. Máy đo sử dụng một cuộn dây tạo ra từ trường xoay chiều. Khi đầu dò tiếp xúc với bề mặt kim loại từ tính có lớp phủ không từ tính, từ trường sẽ bị suy giảm tùy thuộc vào độ dày của lớp phủ. Sự thay đổi trong từ trường được máy đo ghi nhận và chuyển đổi thành giá trị độ dày. Công thức tính toán dựa trên mối quan hệ giữa cường độ từ trường và khoảng cách (độ dày lớp phủ).
Ưu điểm:
- Đặc biệt hiệu quả với các lớp phủ mỏng.
- Không gây hư hại hay làm thay đổi bề mặt mẫu.
- Cho kết quả tức thì, phù hợp cho kiểm tra tại chỗ.
- Thao tác đơn giản, không yêu cầu kỹ năng cao.
Nhược điểm:
- Chỉ áp dụng cho vật liệu nền từ tính như sắt, thép và lớp phủ không từ tính.
- Cần tránh các nguồn nhiễu từ để đảm bảo độ chính xác.
Ứng dụng
- Kiểm tra lớp sơn trên thép trong ngành ô tô đảm bảo lớp sơn đạt tiêu chuẩn về độ dày, tránh bong tróc và rỉ sét.
- Kiểm tra lớp mạ kẽm trên thép xây dựng đảm bảo khả năng chống ăn mòn trong các công trình xây dựng.
- Trong ngành đóng tàu dùng để đo độ dày lớp sơn chống ăn mòn trên vỏ tàu.
Phương pháp dòng xoáy (Eddy Current)
Máy đo dòng xoáy sử dụng cuộn dây tạo ra từ trường biến thiên, khi đặt gần bề mặt kim loại dẫn điện phi từ tính (như nhôm, đồng), từ trường này sinh ra các dòng điện xoáy trên bề mặt vật liệu nền. Độ dày của lớp phủ cách điện (như sơn, lớp mạ) sẽ ảnh hưởng đến cường độ và phân bố của dòng điện xoáy. Máy đo phân tích sự thay đổi này để tính toán độ dày lớp phủ.
Ưu điểm:
- Bảo toàn tính toàn vẹn của mẫu.
- Áp dụng cho vật liệu phi từ tính, thích hợp cho nhôm, đồng, hợp kim nhẹ.
- Đo nhanh và chính xác phù hợp cho kiểm tra hàng loạt.
Nhược điểm
- Độ chính xác bị ảnh hưởng bởi độ dẫn điện và từ tính của vật liệu nền và lớp phủ.
- Cần hiệu chuẩn riêng cho từng loại vật liệu và hình dạng bề mặt.
Ứng dụng
- Ngành hàng không vũ trụ dùng để kiểm tra lớp sơn trên vỏ máy bay bằng nhôm.
- Trong sản xuất linh kiện điện tử được sử dụng để đo lớp phủ cách điện trên mạch in.
- Ngành chế tạo ô tô dùng để kiểm tra lớp sơn trên thân xe bằng hợp kim nhôm.
Phương pháp siêu âm
Phương pháp siêu âm dựa trên việc sử dụng sóng siêu âm để truyền qua lớp phủ và phản xạ lại từ bề mặt nền. Từ thời gian sóng phản hồi, thiết bị có thể tính toán được độ dày của lớp phủ. Đây là phương pháp rất hiệu quả khi cần đo các lớp phủ dày hoặc các vật liệu không từ tính.
Ưu điểm
- Có thể đo được các lớp phủ rất dày và mỏng trên nhiều loại vật liệu khác nhau.
- Không phá hủy bề mặt và có thể đo từ một phía.
Nhược điểm
- Yêu cầu bề mặt phẳng để sóng siêu âm phản xạ chính xác.
- Cần thiết bị phức tạp và kỹ năng kỹ thuật cao để sử dụng.
Ứng dụng
- Kiểm tra độ dày lớp sơn trên bồn chứa hóa chất nhằm đảm bảo an toàn và chống ăn mòn.
- Ngành dầu khí dùng để đo độ dày lớp phủ chống ăn mòn bên trong ống dẫn.
- Kiểm tra vỏ tàu thủy giúp đánh giá độ mòn và độ dày lớp sơn bảo vệ.
Phương pháp X-ray
Máy đo sử dụng tia X để kích thích các nguyên tử trong lớp phủ, làm chúng phát ra tia huỳnh quang đặc trưng cho từng nguyên tố. Bằng cách phân tích phổ năng lượng của tia huỳnh quang, máy có thể xác định thành phần hóa học và độ dày của lớp mạ. Cường độ của tín hiệu huỳnh quang tỷ lệ với độ dày lớp mạ, cho phép tính toán độ dày với độ chính xác rất cao
Ưu điểm
- Có thể đo các lớp phủ rất mỏng, từ vài nanomet.
- Đo được nhiều lớp mạ chồng lên nhau.
- Bề mặt không bị ảnh hưởng.
Nhược điểm
- Chi phí cao, cần thiết bị chuyên dụng.
- Cần tuân thủ các quy định về sử dụng tia X.
- Không phù hợp cho kiểm tra hàng loạt với mẫu lớn.
Ứng dụng
- Ngành sản xuất linh kiện điện tử dùng để kiểm tra lớp mạ vàng, bạc trên kết nối.
- Ngành trang sức phương pháp này giúp xác định độ dày lớp mạ quý kim trên sản phẩm.
- Nghiên cứu và phát triển vật liệu mới.
Phương pháp điện hóa
Mẫu được đặt vào một tế bào điện phân chứa dung dịch phù hợp. Khi áp dụng một điện áp, lớp mạ trên bề mặt mẫu bắt đầu bị hòa tan vào dung dịch. Bằng cách đo lượng điện tích (dòng điện nhân với thời gian) đã sử dụng để hòa tan lớp mạ, có thể tính toán độ dày lớp mạ dựa trên định luật Faraday về điện phân
Ưu điểm
- Độ chính xác cao với các lớp phủ mỏng.
- Có thể đo chính xác độ dày của lớp mạ trên bề mặt phẳng.
Nhược điểm
- Quy trình phức tạp, cần sử dụng hóa chất.
- Chỉ thích hợp cho các mẫu thử nhỏ trong phòng thí nghiệm.
Ứng dụng
Chủ yếu dùng trong ngành mạ điện để kiểm tra chất lượng lớp mạ trên các bề mặt kim loại quý hoặc cần độ chính xác cao.
Phương pháp quang học (Optical Microscopy)
Mẫu được cắt ngang để lộ mặt cắt của lớp phủ và vật liệu nền. Mặt cắt này được đánh bóng và chuẩn bị để quan sát dưới kính hiển vi quang học hoặc kính hiển vi điện tử. Bằng cách sử dụng độ phóng đại cao và phần mềm đo lường, có thể xác định chính xác độ dày của lớp phủ, cũng như quan sát cấu trúc vi mô, khuyết tật hoặc sự bám dính giữa các lớp.
Ưu điểm
Độ chính xác cao, có thể đo trực tiếp các lớp phủ siêu mỏng.
Nhược điểm
- Quy trình phức tạp, phá hủy mẫu thử.
- Cần thiết bị chuyên dụng và kỹ năng quan sát cao.
Ứng dụng
Được sử dụng trong nghiên cứu vật liệu và kiểm tra các lớp phủ siêu mỏng trong công nghiệp.
Trên đây là những thông tin hữu ích về các phương pháp đo chiều dày lớp mạ bao gồm phương pháp cảm ứng điện từ, phương pháp dòng xoáy, phương pháp siêu âm, phương pháp X-ray, phương pháp điện hóa và phương pháp quang học.
