انواع روشهاي آزمون ضخامت سنجی
براي اندازه گيري ضخامت پوششها، از دو روش كلي ميتوان استفاده نمود كه توضيح آن به شرح ذيل است:
روشهاي تست غير مخرب
در صورتي كه تعداد محدودي قطعه جهت تست وجود داشته باشد يا نياز باشد تا قطعه بعد از تست سالم بماند بايد از آزمونهاي تست غير مخرب استفاده شود.
آزمونهاي تست غير مخرب داراي روشهاي مختلفي ميباشد كه برخي از آنها به شرح ذيل ميباشند :
۱)روشهاي مغناطيسي
دستگاههاي مورد استفاده در اين روشها، ميزان جاذبه مغناطيسي ميان مغناطيس دائم و فلز پايه را كه به وجود پوشش بستگي پيدا ميكند و يا مقاومت شار مغناطيسي عبوري از جسم (متشكل از فلز پايه و پوشش) را، تعيين ميكند.
ميزان خطا در اين روش، معمولاً كمتر از ۱۰ درصد ضخامت پوشش و يا ۱.۵ ميكرومتر (هر كدام كه بزرگتر است)، ميباشد.
كاربرد اين روشها، محدود به پوششهاي غير مغناطيسي بر روي اجسام پايه مغناطيسي و پوششهاي آبكاري شده از نيكل بر روي اجسام پايه مغناطيسي و يا غير مغناطيسي ميباشد.
۲)روش جريان گردابي
اين روش، متكي بر اختلاف هدايت الكتريكي، ميان پوشش و جسم پايه ميباشد. اين روش جهت اندازهگيري ضخامت پوششهاي نارسانا، بر روي فلزات غير مغناطيسي، و پوششهاي تك لايهاي فلزي بر روي نارساناها بكار ميرود. چنانچه اين روش براي اندازهگيري ضخامت پوششهاي فلزي بر روي اجسام پايه فلزي بكار رود جهت دستيابي به نتايج قابل قبول، به دقت زيادي نياز ميباشد.
ميزان خطاي اندازهگيري در اين روش، معمولاً، كمتر از ۱۰ درصد ضخامت پوشش و يا ۰.۵ میکرومتر (هر كدام كه بزرگتر است) ميباشد.
۳)روشهاي طيف نگاري
در اين روش از انتشار و جذب اشعه ايكس براي اندازهگيري ضخامت استفاده ميشود. اشعه ايكس توليد شده به ناحيه مشخصي از سطح نمونه حاوي پوشش، برخورد داده ميشود و شدت اشعه ثانويه انتشار يافته توسط پوشش و يا جسم پايه، كه به علت وجود پوشش تضعيف شده است، اندازهگيري ميشود.
بين شدت اشعه ايكس و ضخامت پوشش رابطهاي برقرار ميباشد، كه اين ارتباط با استفاده از نمونههاي استاندارد براي كاليبراسيون دستگاه بدست ميآيد.
روش اشعه ايكس كاربرد وسيعي دارد. اما ميزان صحت و دقت آن در موارد ذيل كاهش مييابد:
الف- هنگامي كه از عناصر و اجزاء تشكيل دهنده پوشش، در فلز پايه هم وجود داشته باشد و يا بالعكس.
ب- هنگامي كه بيش از دو لايه پوشش متفاوت بر روي هم داشته باشيم.
ج- هنگامي كه ماهيت شيميايي پوشش و نمونه هاي استاندارد براي كاليبراسيون دستگاه، تفاوت زيادي داشته باشند.
روش اندازه گيري بوسيله اشعه ايكس در ضخامتهايي بالاتر از مقادير معين كه بستگي به عدد اتمي و جرم فلز دارد، قابل استفاده نميباشد. دستگاههاي موجود قادرند ضخامت پوششها را، با خطايي كمتر از ۱۰ درصد اندازه گيري كنند.
۴)روش اشعه برگشتي بتا
دستگاههاي اندازهگيري در اين روش، با راديو ايزوتوپهايي كه ساطع كننده اشعه بتا بوده، و نيز آشكار سازهايي كه شدت اشعه بتاي بازگشتي از نمونه مورد آزمون را اندازهگيري ميكند، مجهز ميباشند.
شدت اشعه بتا، بين مقادير شدت اشعه برگشتي از پوشش، و شدت اشعه برگشتي از فلز پايه قرار دارد. اين اندازهگيري، صرفاً، هنگامي كه عدد اتمي ماده پوشش، از عدد اتمي جسم پايه به قدر كافي متفاوت باشد، كاربرد دارد. دستگاه، با استفاده از نمونههاي استاندارد براي كاليبراسيون كه داراي همان ماهيت پوشش و جسم پايه نمونه مورد آزمون است، كاليبره ميگردد.
با اندازهگيري شدت اشعه برگشتي بتا، از نمونه مورد آزمايش، جرم واحد سطح پوشش محاسبه ميشود. در صورت يكنواختي و همگوني دانسيته پوشش، جرم واحد سطح با ضخامت، نسبت مستقيم دارد.
اين روش هم براي پوششهاي نازك، و هم براي پوششهاي ضخيم كاربرد دارد، اما حداكثر ضخامت قابل اندازهگيري، به عدد اتمي پوشش بستگي پيدا ميكند.
با اين روش ، با خطايي كمتر از ۱۰ درصد ميتوان محدوده وسيعي از ضخامتها را اندازهگيري نمود.
۵)روش ميكروسكوپي شكست نور
اين دستگاه در اصل، براي اندازهگيري ناهمواري سطوح طراحي شده است؛ اما از آن براي اندازهگيري ضخامت پوششهاي شفاف و نيمه شفاف، به ويژه پوشش ها بر روي آلومينيم هم، استفاده ميشود.
يك دسته امواج نوراني تحت زاويه ۴۵ درجه، به سطح قطعه تابيده ميشود. قسمتي از اين امواج از سطح پوشش منعكس و قسمتي ديگر از اين امواج به پوشش نفوذ و در مرز ميان جسم پايه و پوشش منعكس ميگردد. فاصلهاي كه ميان انعكاسها در چشمي ميكروسكوپ مشاهده ميشود با ضخامت پوشش متناسب بوده و مي توان مقدار آن را بوسيله يك پيچ ورنيهاي كه بر روي دستگاه نصب شده است اندازهگيري نمود.
به شرطي ميتوان از اين روش استفاده نمود كه نور كافي از مرز ميان فلز پايه و پوشش منعكس گرديده و تصوير واضحي در ميكروسكوپ مشاهده شود.
براي پوششهاي شفاف و يا نيمه شفاف مانند فيلمهاي اكسيد آندي، اين روش غير مخرب محسوب ميشود. براي اندازهگيري ضخامت پوششهاي مات و غير شفاف كه لازم است ناحيه كوچكي از پوشش را جدا نمود اين روش مخرب خواهد بود. پله موجود بين سطح پوشش و فلز پايه، انحرافي را براي امواج نوراني ايجاد ميكند كه بيانگر اندازه مطلق ضخامت ميباشد.
خطاي اين روش معمولاً كمتر از ۱۰ درصد است.
روشهاي تست مخرب
در صورتي كه تعداد زيادي قطعه جهت تست وجود داشته باشد يا به ضرورت ذاتي تست، قطعه تخريب شود از آزمونهاي تست مخرب استفاده شود.
۱)روش انحلالي
روش پوشش برداري نمونه مورد آزمون قبل و بعد از انحلال پوشش، به نحوي كه جسم پايه مورد تاثير شيميايي قرار نگيرد و يا توزين پوشش بعد از انحلال جسم پايه، بدون آنكه پوشش مورد تاثير شيميايي قرار گيرد، جرم پوشش تعيين خواهد شد كه در اين صورت پوشش بايد از دانسيته يكنواخت برخوردار باشد. از تقسيم جرم پوشش بر دانسيته و سطح آن ميتوان به ميانگين ضخامت پوشش دست يافت.
در محدوده وسيعي از ضخامتها، خطاي اين روش معمولاً كمتر از ۵ درصد است.
۲)روش تجزيه شيميايي
در اين روش پوشش را خواه با حل شدن جسم پايه و خواه با عدم انحلال جسم پايه در يك حلال مناسب حل مينمايند و سپس با استفاده از آناليزهاي شيميايي، به تعيين مقدار جرم پوشش ميپردازند. از تقسيم جرم پوشش بر دانسيته و سطح آن، ميتوان به ميانگين ضخامت پوشش دست يافت.
در محدوده وسيعي از ضخامتها، خطاي اين روش معمولاً كمتر از ۵ درصد است. اين روش در صورتي كه بين جسم پايه و پوشش عنصر تشابهي وجود داشته باش ، ميتواند قابل اطمينان نباشد.
۳)روش كولومتري
در اين روش ضخامت پوشش فلز با اندازهگيري مقدار الكتريسيته لازم جهت انحلال پوشش از يك ناحيه كاملاً مشخص، با مساحت معين، در حالي كه جسم تحت شرايط مناسب و الكتروليت مطلوب بعنوان آند رفتار مينمايد، تعيين ميگردد.
در خاتمه انحلال آندي پوشش، تغييري در پتانسيل مشاهده خواهد شد. اين روش براي پوششهاي فلزي بر روي اجسام پايه فلزي و غير فلزي كاربرد دارد.
خطاي اين روش بطور معمول كمتر از ۱۰ درصد ميباشد.
۴)روش ميكروسكوپي
در اين روش ضخامت پوشش با استفاده از سطح مقطع آن توسط ميكروسكوپ اندازهگيري ميشود. در اين روش بايد پوشش از سطح قطعه جدا شود كه اين امر خود باعث تخريب قطعه شده و اين گونه تستها را در رديف تستهاي مخرب جاي داده است. خطاي اندازهگيري در اين روش معمولاً كمتر از ۱۰ درصد با حداقل خطای ۰.۸ ميكرومتر ميباشد.
۵)روش پروفيل نگاري
در اين روش پلهاي ميان پوشش و فلز پايه ايجاد مينمايد. براي ايجاد چنين پلهاي، يا قسمتي از سطح نمونه مورد آزمون را ماسك كرده و سپس پوشش لازم را ايجاد و يا آنكه بعد از پوششدهي قسمتي از پوشش را حل مينمايند، به نحوي كه به جسم پايه آسيبي نرسد. در اين حالت اندازهگيري ضخامت، با ثبت ميزان حركت يك سوزن كه مسير پله را طي ميكند، انجام ميپذيرد.
در محدوده وسيعي از ضخامتها ، خطاي اين روش معمولا كمتر از ۱۰ درصد است.
۶)روش تداخل سنجي ميكروسكوپي
در اين روش جهت اندازهگيري ضخامت پوشش، از تابش نور تك فام به سمت پله ايجاد شده ميان پوشش و جسم پايه، استفاده ميشود.
وجود اين پله در سطح نمونه مورد آزمايش ، سبب ايجاد تغيير مكان در نوار تداخلي ميشود كه جابجائي نوار تداخلي، متناسب با نصف طول موج اشعه تابانده شده و ارتفاع پله است.
در حالت پرتو چندگانه، خطاي اين روش معمولاً كمتر از ۰.۰۱ ميكرومتر ميباشد.
براي رسيدن به اندازه درست و صحيح در ضخامت سنجي پوششها بايد به نكات زير توجه داشت:
الف)از دستگاههاي شناخته شده تجاري موجود در بازار استفاده شود.
ب)نمونه مورد نظر بايد مسطح و به اندازه كافي وسيع باشد.
ج)براي پوششهاي متداول از روشهاي آبكاري الكتريكي، اتوكاتاليستي، آنادايز و يا پوشش دادن سراميك، استفاده شوند.
د)در اندازه گيري، سعي و دقت معقولي به عمل آمده باشد.
