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镀层厚度的测试方法

日期:2017年4月13日
1 综述

    镀层厚度的测试方法按照测试方法的基本原理类型可以分为化学法电化学法物理法三大类。其中,⑴化学法包括化学溶解分析法、化学溶解称重法和化学溶解液流计时法;⑵电化学法包括电化学阳极溶解法(库仑法);⑶物理法包括直接测量法和仪器测量法(磁性法、非磁性法、X射线法和电镜法等)。

    镀层厚度的测试方法也可以按照测试结果对镀层是否破坏分为破坏法非破坏法两大类。其中,⑴破坏法包括点滴法、液流法、电量法和金相法;⑵非破坏法包括量具法、质量法和仪器测量法。

    下面重点介绍几种电镀厂常用的镀层厚度测试方法。


2 X射线法

【测试原理】X射线光谱方法测定覆盖层厚度是基于一束强烈而狭窄的多色X射线与基体和覆盖层的相互作用。此相互作用产生离散波长和能量的二次辐射,这些二次辐射具有构成覆盖层和基体元素特征。覆盖层单位面积质量(若密度已知,则为覆盖层线性厚度)和二次辐射强度之间存在一定的关系。该关系首先由已知单位面积质量的覆盖层校正标准块校正确定。若覆盖层材料的密度已知,同时又给出实际的密度,则这样的标准块就能给出覆盖层线性厚度。

【测试仪器】


测试范围】适用范围宽广,特别适用于测定电镀及电子线路板等行业需要分析的金属覆盖层厚度。 包括:金(Au),银(Ag),锡(Sn),铜(Cu),镍(Ni),铬(Cr)等金属元素厚度。具体适合测基材中不含镀层元素的镀层结构。比如不锈钢基材上电镀铬就不适合采用X射线法测厚,因为不锈钢中一般也包含铬元素,测试误差就很大。

测试方法的优缺点】优点在于适用范围宽广,测试准确快捷,且不破坏镀层;缺点在于需要购买专用的价格较高的专用X-RAY镀层测厚仪器。


3 磁性法

【测试原理】磁性测厚仪测量永久磁铁和基体金属之间由于存在覆盖层而引起磁引力的变化,或者是测量穿过覆盖层与基体金属的磁通路的磁阻。

测试仪器:


【测试范围】适合测量磁性金属上非磁性镀层。

【测试方法的优缺点】适用范围相对较少,只能测磁性金属上非磁性镀层,比如铁上镀锌镀层。


4 库仑法

【测试原理】库仑法测厚是对被测部分的金属镀层进行局部阳极溶解通过阳极溶解镀层达到材料基体时的电位变化来进行镀层厚度的测量。库仑法测厚,将被测金属镀层作为阳极,并置于电解液中进行电解,所溶解的金属量与通过的电流和溶解时间的乘积成比例,既与消耗的电量成比例。

【测试仪器】


【测试范围】适合测量单层和多层金属覆盖层厚度阳极溶解库仑法,包括测量多层体系,如Cu/Ni/Cr以及合金覆盖层和合金化扩散层的厚度。不仅可以测量平面试样的覆盖层厚度,还可以测量圆柱形和线材的覆盖层厚度,尤其适合测量多层镍镀层的金属及其电位差。测量镀层的种类为Au、Ag、Zn、Cu、Ni、dNi、Cr。

【测试方法的优缺点】优点在于可以测试多层连续镀层(如塑料电镀铜镍铬镀层);缺点在于属于破坏性测试。


5 金相法 

测试原理】采用金相显微镜检测横断面,直接以标尺以辅助测量金属覆盖层、氧化膜层的局部厚度的方法。

【测试仪器】


【测试范围】
一般厚度检测需要大于1um,才能保证测量结果在误差范围之内;厚度越大,误差越小。


【测试方法的优缺点】优点在于适用的镀层范围内测试结果特别准确,误差非常小,可以选择其作为争议的仲裁决定方法;缺点在于制备镀层测厚试样的过程耗时费力。


6 特别说明 

1.为保证测试的精度和准确度,所有的测试都应该经常用标准样件去校正测试仪器。

2.测试方法的选择首先以电镀基材和镀层的品类为第一考虑因素,选择科学适用准确快捷的方法;其次可以考虑电镀工件的具体形状、能否破坏、是否需要快速得到测试数据和电镀工厂实际状况等因素综合考虑选择适用且实用的方法。

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参考文献:

1. GB/T 6462-2005 金属和氧化物覆盖层 厚度测量 显微镜法

2. ASTM B487-85(2007) Standard Test Method for Measurement of Metal and Oxide Coating Thickness by Microscopical Examination of a Cross Section

3. ASTM B764-04 Standard Test Method for Simultaneous Thickness and Electrode Potential Determination of Individual Layers in Multilayer Nickel Deposit (STEP Test)

4. GB/T4955-1997 金属覆盖层 覆盖层厚度测量

5. GB/T16921-2005 金属覆盖层 覆盖层厚度测量 X射线光谱方法

6. ASTM B568-98(2004) Standard Test Method for Measurement of Coating Thickness by X-Ray Spectrometry

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