ضخامت سنجی

بعد از اتمام هر فرایند تولیدی مراحل کنترل کاملا ضروری است . که این روش­هاي كنترل میتوانند مخرب و غير مخرب باشند . موارد موثر در انتخاب روش مناسب فرآيند ضخانت سنجي عبارتند از : فرآيند پوشش ، ميزان ضخامت ، جنس پوشش ، جنس فلز پايه و… . محدوده ضخامتي كه به روش­هاي مختلف اندازه­گيري مي­شود ، به جنس پوشش جسم پايه و دستگاه مورد استفاده بستگي دارد .

انواع روش­هاي آزمون ضخامت سنجی

براي اندازه­گيري 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 نمونه­هاي استاندارد براي كاليبراسيون دستگاه ، تفاوت زيادي داشته باشند .

روش اندازه­گيري 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 اندازه­گيري 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 ، به­ويژه پوشش­ها 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 باشد ، 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 اندازه­گيري ، سعي و دقت معقولي بعمل آمده باشد .