用磁性方法测量涂层厚度的标准试验方法：磁性金属上的非磁性涂层ASTM B499-09(R2014) （中文翻译版）

ASTM B499-09(R2014)用磁性方法测量涂层厚度的标准试验方法：磁性金属上的非磁性涂层（仅供参考）

¹本试验方法由ASTM金属和无机涂层委员会B08管辖，并由试验方法小组委员会B08.10直接负责。

现行版本于2014年5月1日批准。2014年5月出版。最初批准于1969年。上一版于2009年批准为B499-09。DOI: 10.1520/B0499-09R14。

本标准以固定名称B499发布；紧跟在名称后面的数字表示最初采用的年份，如果是修订，则表示最后修订的年份。括号中的数字表示上次重新批准的年份。上标（ε）表示自上次修订或重新批准以来的编辑性更改。

本标准经美国国防部机构批准使用。

 

1、范围

1.1本试验方法包括使用磁性仪器对黑色金属或其他磁性基底金属上的非磁性涂层厚度进行无损测量。其目的是补充制造商对仪器操作的说明，而不是替换它们。

注1：磷含量大于8%的自催化沉积镍磷合金无足够磁性，只要在任何热处理之前进行测量，就可通过本试验方法进行测量。

1.2这些仪器测量磁铁和基底金属之间的磁引力，受涂层的影响（归类为“磁拉脱”），或探头内磁通密度的变化（归类为“电子”）。这些仪器无法区分各层的厚度。他们只能测量探针下到基底金属的所有层的累积厚度。

1.3根据本试验方法进行的测量应符合1982年出版的ISO国际标准2178的要求。

1.4以国际单位制表示的数值应视为标准值。括号中给出的值仅供参考。

1.5本标准并非旨在解决与其使用相关的所有安全问题（如有）。本标准的使用者有责任在使用前建立适当的安全和健康实践，并确定法规限制的适用性。

 

2、参考文件

2.1 ASTM标准²

²有关参考的ASTM标准，请访问ASTM网站www.astm.org，或通过Service@ASTM.org联系ASTM客户服务。有关ASTM标准年鉴卷信息，请参阅ASTM网站上的标准文件摘要页。

B530用磁法测量镀层厚度的试验方法：在磁性和非磁性基底上电沉积镍镀层

2.2国际标准：

ISO 2178磁性基底上的非磁性涂层涂层厚度的测量磁性方法³

³可从美国国家标准协会（ANSI）获得，地址：25 W.43rd St.，4th Floor，New York，NY 10036，http://www.ansi.org。

 

3、术语

3.1本标准专用术语定义：

3.1.1精度，n—测量结果与被测物品真实厚度之间误差大小的测量。

3.1.2调整，n—将仪器的厚度读数与已知厚度样品的厚度读数对齐（消除偏差）的物理行为，以提高仪器在特定表面或其测量范围特定部分内的精度。调整将影响后续读数的结果。

3.1.3校准，n—在仪器的整个工作范围内获得可追踪校准标准测量值，然后进行必要的仪器调整（如要求）以纠正任何超出公差条件的高级、受控和文件化过程。

3.1.3.1讨论涂层厚度仪器的校准由设备制造商、授权代理或授权的、经过培训的校准实验室在受控环境下使用记录的过程进行。校准过程的结果是恢复/重新校准仪器，以达到/超过制造商规定的精度。

3.1.4参考标准，n—用于验证涂层厚度测量仪器精度的已知厚度试样。

3.1.5准确度验证，n—在仪器使用前获得参考标准的测量值，以确定涂层厚度仪器产生可靠值的能力，与组合仪器制造商的规定准确度和参考标准的规定准确度相比。

 

4、试验方法概述

4.1磁力拉拔仪采用吸引原理和恒定磁场。这些机械仪器测量将永磁体从涂层磁性金属基底上拉出所需的力。对涂层下面的基底的吸引力由弹簧或线圈抵消。对弹簧/线圈施加张力，直到克服对磁性基底的磁引力。仪器必须直接放置在涂层表面上才能进行测量。将永磁体固定在磁性底座上的力与磁体和磁性底座之间的涂层厚度成反比。例如，应用于铁基片的薄涂层需要比厚涂层更大的弹簧张力才能将磁铁拉出，因为磁铁更接近具有较薄涂层的铁基片。这种逆关系反映在非线性仪器刻度上。

4.2电子仪器测量探头内磁通密度的变化，以进行涂层厚度测量。必须将仪器探头直接（垂直位置）放置在涂层表面上，以获得测量值。这些仪器确定由于接近基底而对探针产生的磁场的影响。

 

5、意义和用途

5.1涂层厚度通常对其性能至关重要。对于大多数钢上的有色金属涂层，磁性法是无损测量涂层厚度的可靠方法，适用于规范验收试验和SPC/SQC应用。

5.2本试验方法不应用于测定钢上电沉积镍镀层的厚度。试验方法B530适用于该测定。

 

6、仪器

6.1涂层厚度仪，基于磁性原理，商用，适用于精确测量涂层厚度。

6.2涂层厚度标准，其指定值可追溯至国家计量机构。它们可以是涂层或电镀钢板，也可以是扁平非金属片（通常是聚酯）的箔或垫片。

 

7、校准和标准化

7.1涂层厚度仪器的校准由设备制造商、授权代理或授权的、经过培训的校准实验室在受控环境下使用记录的过程进行。可签发显示国家计量机构可追溯性的校准证书。没有重新校准的标准时间间隔，也不是绝对需要的时间间隔，但可以根据经验和工作环境建立校准间隔。一年校准间隔是许多仪器制造商建议的典型频率。

7.2使用前，应按照制造商的说明，采用合适的厚度标准，验证每台仪器的校准精度，如有必要，应纠正发现的任何缺陷。

7.3在使用过程中，应经常验证校准精度，至少每天一次。应注意第8节中列出的因素和第9节中描述的程序。

7.4已知厚度的涂层厚度标准可用作垫片或箔或涂层试样。

7.4.1箔材：

注2：在以下段落中，“箔”一词的使用将意味着非磁性金属或非金属箔或垫片。

7.4.1.1由于难以确保充分接触，通常不建议使用箔材来校准、验证准确度和调整磁性拉脱仪，但在某些情况下，只要采取必要的预防措施，箔材是适用的。它们通常可以与其他类型的仪器一起使用。

7.4.1.2箔材有利于弯曲表面，比涂层标准更容易获得。为了防止测量误差，有必要确保箔材和基板之间建立紧密的接触。应避免弹性箔，以防止压痕误差。厚度小于15μm（0.6 mil）时，只能使用有色金属箔。箔容易磨损和压痕，因此应经常更换。不得使用磨损的箔。

7.4.2涂层标准-这些校准标准包括已知的、均匀厚度的非导电涂层，永久粘结到基材上。

7.4.3所用标准的涂层厚度应包含用户最高和最低的涂层厚度测量要求。适用于许多试验方法应用的标准可以在市场上买到，并且可以使用，前提是认证值可追溯到国家计量机构。

......

 

8、影响测量精度的因素

8.1下列因素影响涂层厚度测量的精度：

8.1.1涂层厚度—试验方法固有的涂层厚度是一个测量不确定度，对于薄涂层而言，该测量不确定度是恒定的，且与涂层厚度无关。测量不确定度的大小主要是试样表面光洁度的函数（见8.1.6表面粗糙度）。对于厚度大于约25μm（1 mil）的涂层，此不确定度与涂层厚度成正比。

8.1.2基底金属的磁性—磁性厚度的测量受基础金属的磁性影响。（出于实际目的，低碳钢中的磁变化通常被认为是微不足道的。为避免进行严重或局部热处理和冷加工的影响，应使用具有与测试样品相同的磁性的贱金属的参考标准物对仪器进行调节，或者最好在可能的情况下涂层前要测试的零件与被测样品一起使用。）

8.1.3基底金属厚度—对于每个仪器，基底金属有一个临界厚度，在该厚度以上，测量不会受到基底金属厚度增加的影响。由于它取决于仪器探头（注3）和母材的性质，如果制造商不提供，则应通过实验确定其值。

注3：在本方法中，“仪器探头”也包括“磁铁”一词

8.1.4边缘效应—该方法对试样表面轮廓的突然变化敏感。因此，在边缘或内角附近进行的测量将无效，除非仪器专门针对此类测量进行校准。根据仪器的不同，这种影响可能从不连续处延伸到约20 mm（0.8in.）。

8.1.5曲率—测量值受试样曲率的影响。曲率的影响随仪器的品牌和类型而有很大的变化，但随着曲率半径的减小，这种影响总是变得更加明显。如果电极在平行于或垂直于柱面轴线的平面上对齐，带有两极探针的仪器也可能产生不同的读数。如果尖端磨损不均匀，单极探针也会产生类似的效果。

8.1.6表面粗糙度—测量受基底金属和涂层表面形貌的影响。当粗糙度大于涂层厚度的10%时，表面粗糙度变得显著，导致测量中的散射增加。因此，有必要在粗糙或划伤的表面上，在不同位置进行更多的测量，以获得代表平均涂层厚度的平均值。如果基底金属粗糙，可能还需要检查并在必要时调整仪表在未涂层粗糙基底金属部分的几个位置上的零点。

8.1.7基础金属的机械加工方向—具有两极探头或磨损不均的单极探头的仪器所进行的测量可能会受到磁性基础金属进行机械加工（例如轧制）的方向的影响，读数会随着表面上探针方向的变化而变化。

8.1.8剩磁—基底金属中的剩磁影响使用固定磁场的仪器进行的测量。它对使用交变磁场的仪器进行测量的影响要小得多。

8.1.9杂散磁场—各种电气设备产生的强杂散磁场会严重干扰以磁原理为基础的仪器工作。

8.1.10异物—所有类型的磁性仪器必须与试验表面进行物理接触，因此对防止探头与涂层表面紧密接触的异物敏感。试验表面和仪器探头应无异物。

......

 

9、程序

9.1按照制造商的说明操作每个仪器，适当注意第8节中列出的因素。

9.2每次仪表投入使用时，应在试验现场和使用过程中的频繁间隔验证仪表的准确性，以确保性能正常。

9.3许多仪器可进行调整，以提高其在特定表面或其测量范围特定部分内的精度。在大多数情况下，只需检查未涂层基板上的零点并开始测量。然而，由于基底性质（成分、磁性、形状、粗糙度、边缘效应）和涂层性质（成分、质量、表面粗糙度）以及环境和表面温度的影响，可能需要对仪器进行调整。遵循制造商的说明。

9.4遵守以下预防措施：

9.4.1母材厚度—检查母材厚度是否超过临界厚度。如果没有，则使用7.6中提到的备用方法，或确保校准调整是在与试样具有相同厚度和磁性的参考标准上进行的。

9.4.2边缘效应—不会使读数接近试样的边缘、孔、内角等，除非已证明此类测量的校准调整的有效性。

9.4.3曲率—除非已经证明校准校准对于这种测量的有效性，否则请勿在样品的曲面上读数。

9.4.4读数次数—由于正常的仪器可变性，并且为了最大程度地减少表面粗糙度影响，测量值应为多个读数的平均值。

9.4.4.1每次测量，至少读取3次读数，每次读数后取下探头，取平均值。如果任何两个读数之间的差异超过平均读数的5%或2μm（0.08 mil），以较大者为准，则应丢弃并重复测量。

9.4.4.2基材或涂层，或两者都太粗糙，无法满足本标准。在这种情况下，可以通过平均多个读数来获得有效的测量值。为了在本试验方法下有效，必须证明该程序的有效性（见附录X1）。

9.4.4.3磁力拉拔仪对振动敏感，明显错误的读数应予以拒绝。

9.4.5机械加工方向—如果机械加工方向对读数有明显影响，则使用与校准期间使用的探针方向相同的探针对试样进行测量。如果这是不可能的，通过以90°为增量旋转探头在不同方向上进行四次测量。

9.4.6剩磁—当基底金属中存在剩磁时，当使用两极仪器时，采用固定磁场，在两个方向上进行测量，不同方向相差180°。对于采用固定磁场的单极仪器，可能需要对试样进行退磁以获得有效结果，对于双极仪器，这也可能是可取的。

9.4.7表面清洁度—在进行测量之前，在不去除任何涂层材料的情况下，清除表面的任何异物，如污垢、油脂和腐蚀产物。在进行测量时，避免任何有可见缺陷的区域，如焊接或助焊剂、酸点、浮渣或氧化物。

9.4.8铅涂层—拉拔仪的磁铁可能粘在铅和铅合金涂层上。涂上一层非常薄的油膜，以提高读数的再现性，并校正油膜厚度的测量值。应擦掉多余的油，使表面几乎干燥。可通过测量适当厚度的无粘涂层的涂层厚度（有油膜和无油膜）并取两者之间的差值来确定校正。不要将此程序与其他涂层一起使用。

......

 

10、报告

10.1报告应包括以下信息：

10.1.1使用的仪器类型，包括制造商、型号、工作原理和校准日期；

10.1.2试样的尺寸和说明；

10.1.3是否使用特殊夹具；

10.1.4涂层厚度标准和/或参考标准的类型以及用于精度验证和任何校准调整的方法；

10.1.5测量次数和每次测量值；

10.1.6操作员标识，以及

10.1.7日期。

 

11、精度和偏差

11.1设备及其操作应能在95%置信水平下以小于10%的不确定度确定涂层厚度。

11.2尽管在许多应用中，不确定度可始终达到小于10%，但当涂层厚度小于25μm（1 mil）时，不确定度可能更大。

11.3适用于符合9.1的仪器可在商业上买到。对于许多涂层系统，仪器能够在95%置信水平下进行不确定度小于5%的测量。

11.4如果消除了所有随机误差，测量偏差是测量厚度与实际厚度之间的偏差。因此，不大于并归因于（1）仪器的校准误差和（2）用于调整仪器的参考标准品的质量。

11.5精度由循环试验确定。

 

12、关键词

12.1涂层厚度；涂层；磁性法；无损厚度；非磁性涂层；镀层厚度；厚度；厚度测试

 

附录

（非强制性信息）

X1.粗糙表面的测量

X1.1粗糙表面上的测量受到与仪器探头相对于粗糙表面峰谷位置相关的随机误差的影响。这些随机误差随着表面粗糙度的增加而增加，但可以通过平均10个或更多读数来减少。

X1.2粗糙度也会产生偏差（系统误差），因为探头很少（如果有的话）位于谷底；探头附近的磁场与光滑表面的磁场不同。在粗糙基板的情况下，谷中填充有涂层材料，但当仪器用箔调整时，箔位于基板的峰值上。如果可以通过显微镜或其他测量来确定偏差的大小，则可以对偏差进行校正。

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