GB T 31554-2015 金属和非金属基体上非磁性金属覆盖层 覆盖层厚度测量 相敏涡流法.pdf

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1、. lJ ICS 25.220.40 A 29 中华人民主t_.，.、道B和国国家标准GB/T 31554-20 15/ISO 21968: 2005 金属和非金属基体上非磁性金属覆盖F覆盖层厚度测量相敏:病流法Non-magnetic me剖ta剖Hcc。a挝H旭ng伊so佣nme剖taHic2nt1 :n Dn-寸313 :油Hcb2部si抬sma剖te才a兔副3一Measurement of c s. llng flkkness-Phase-snsltle e:Y-Ctl付entmeUlDD (ISO 21968: 2005 , IDT) 2015-05-15发布r确码霆，P -萨1工/

2、旷f、飞，万、心J扩/)即l如F田曾回11S喃唱USB.231每J革层珩4伪中华人民共和国国家质量监督检验检菇总局中国国家标准化管理委员会2016-01-01实施发布GB/T 31554-20 15/ISO 21968:2005 目次E111113455689 理原的生产.流试涡测中的体应导效卜属缘眼金边d民i气、，J、E，如录录即附附即求性性量序述要告料范测程表度报领规武围理备样晌量果确测气扪咀言范原设取影测结准检立如中如前123456789附附参图A.l涡流在金属导体中产生原理图.图B.l边缘效应测试方法图示. I GB/T 31554-20 15/ISO 21968:2005 前本标准按

3、照GB/T1.1-2009给出的规则起草。本标准使用翻译法等同采用ISO21968 :2005(金属和非金属基体上非磁性金属覆盖层覆盖层厚度测量相敏涡流法英文版)。为便于使用，本标准做了下列编辑性修改z-一一删除了国际标准的前言;一一增加了我国的标准前言z标准正文和参考文献中的出现的国际标准替换为等同的我国标准。本标准由中国机械工业联合会提出。本标准由全国金属与非金属覆盖层标准化技术委员会(SAC/TC57)归口。本标准起草单位:广东出人境检验检疫局、重庆市计量质量检测研究院、武汉材料保护研究所、武汉康捷科技有限公司、佛山市南海区标准化研究与发展中心、东莞宜安科技股份有限公司。本标准主要起草人

4、:张震坤、周崎、贾建新、李小敏、司念朋、于翔、高正源、喻晖、洪泽芳、李卫荣。 阳山GB/T 31554-2015月SO21968 :2005 1 范围金属和非金属基体上非磁性金属覆盖层覆盖层厚度测量相敏涡流法本标准规定了使用相敏涡流测厚仪无损测量金属和非金属基体上非磁性金属覆盖层厚度的方法，如za) 钢铁基体上镀钵、铺、铜、锡或铭zb) 复合材料基体上镀铜或银。与GBjT4957幅敏涡流法相比，相敏涡流法对较小表面和较大曲率表面的镀层元厚度测量误差，同时，受基体的磁性影响更小，但相敏涡流法受覆盖层材料电性能的影响更大。测量金属基体上的金属覆盖层，制品的一种材料(如基体材料)电导率和渗透率(、)

5、至少应该是另一种材料(如覆盖层材料)电导率和掺透率的1.5倍。非铁磁材料的相对渗透率为1。2 原理祸流探头(或集成探头/仪表放置(或靠近)在被测覆盖层表面，然后从设备读数器读出厚度值。每一台仪器都有最大可测量覆盖层厚度限量2曲子厚度范围既取决于探测器系统的使用频率，又取决于与覆盖层的电性能，最大可测厚度应该由实验天啸定，除非制造商已有规定。耐录A给出了涡流产生的原理和最大可量覆盖层厚度d血的计算方法3如果缺少其他资料，最大可测量覆盖层厚度dmax也可用式(1)估算zdmax =0.8。式中z80一一覆盖层材料的标准渗透深度，见式(A.l)。3 设备. ( 1 ) 探测器z包括一个涡流发生器，一

6、个连接测量系统和显示幅值、相位变化能力的检测器，通常应能直接读出覆盖层厚度。注1:探测器和测量/显示系统可以集成为一个单一仪器。注2:测量精度的影响因素在第5章中讨论.4 取样根据特定的用途和镀层取样，试样区域、部位和数量应由相关方同意并记录在报告中(见第9章)。5 影晌测量准确度的因素5.1 覆盖层厚度测量不确定度是本方法固有的。对于薄覆盖层，测量不确定度(确切地说是恒定值，与覆盖层厚度GB/T 31554-2015/IS021968:2005 无关。该值既取决于探测器系统的使用频率，也取决于样品材料的导电率和渗透率。在探测器测量范围内，随着厚度的增加，测量不确定度是厚度的函数，也即是近似于

7、恒定分数与这个厚度的乘积。厚度要取几个测量值的平均值，以降低不确定度，特别是在探测器的测量范围下限处。5.2 基体材料的电性能基体材料的导电性和渗透性对测量有影响，但比GB/T4957幅敏祸流法的影响小。5.3 覆盖层材料的电性能覆盖层材料的电导率影响镀层厚度的测量，覆盖层材料电导率依次取决于材料的成分、涂覆工艺(添加剂、杂质等)和镀后处理，如热处理或机械加工。5.4 基体金属的厚度每一台仪器都有一个基体金属的临界厚度，大于这个厚度，测量将不受基体金属厚度增加的影响。由于临界厚度取决于探测器的测量频率和基体金属的电磁性能，因此，临界厚度值应通过实验确定，除非制造商对此有规定。附录A给出了涡流产

8、生和最小基体材料厚度dm曲的解释。如果缺乏其他资料，最小基体材料厚度dmm也可用式(2)计算:dmffi =2.50 0 . .( 2 ) 式中z80-基体材料的标准渗透深度，见式(A.D。5.5 边缘效应涡流探测仪对试样表面的轮廓突变敏感，因此，太靠近边缘或内转角处的测量是不可靠的，除非仪器专门为这类测量进行了校准见6.2.4和附录B)。注=与GB/T4957幅敏涡流法相比，相敏涡流法呈试样的边缘效应影响小得多.5.6 表面曲率试样的曲率影响测量也曲率的影响因仪器制造和类型的不同而有很大的差异，但总是随曲率半径的减少而更为显著。因此，在弯曲的试样上进行测量是不可靠的，除非针对这类测量作了专门

9、的校准。注2与GB/T4957幅敏涡流法相比，相敏涡流法受试挥表面曲率的影响小得多s5.7 表面粗糙度基体材料和覆盖层的表面形貌对测量有影响。粗糙表面既能造成系统误差也能造成偶然误差，在不同的位置上作多次测量能降低偶然误差。如果基体材料粗糙，还需要在未涂覆的粗糙基体样品的若干位置校验仪器的零点。如果没有合适的未涂覆的代表性基体材料，可采用不侵蚀基体的化学溶液除去试样覆盖层后测量。注2与GB/T4957帽敏涡流法相比，相敏涡流法受基体材料和覆盖层粗糙度的影响小得多。5.8 提离效应如果探头没有直接放置在覆盖层上，探头和覆盖层之间的提离效应将会影响到金属镀层厚度测量。使用设计合适的电路和(或)数学

10、运算，测试仪可允许提离效应补偿最大可达1mm. 用已知厚度的非导体薄垫片插入探头和覆盖层之间，按照制造商操作手册进行提离效应补偿校验。当要透过油漆层来测量金属覆盖层，或必须进行非接触测量，或在探头和覆盖层之间意外出现外来 GB/T 31554-2015/15021968:2005 物质等情形，可以特意制造提离效应来实现测量。应经常检查探头前端的清洁度。5.9 探头压力使探头紧贴到试样所施加的压力会影响仪器的读数，因此压力应保持恒定。注2与GB/T4957幅敏涡流法相比，相敏涡流法的探头压力造成的影响小得多。可进行非接触样品测量(见5.的。5.10 探头倾斜除非厂家另有说明，探头应该与覆盖层表面

11、保持垂直z探头倾斜会改变仪器的响应，造成测量误差。可以借助于探头设计，或者使用合适夹具来达到减少无意识的探头倾斜的可能性。5.11 温度影晌由于温度的变化会影响探头的特性，因此，应该在与校准温度大致相同的条件下使用探头测量。除非建立探头的温度补偿。大多数金属的电导率随温度而变化，而覆盖层和基体金属电导率的变化会影响覆盖层厚度的测量，因此，应避免大的温度变化。5.12 中间覆盖层如果中间覆盖层的电性能与覆盖层和基体材料不同，也会影响覆盖层厚度的测量。当中间覆盖层的厚度小于dmin时，这种测量差异的确存在F当厚度大于d回归时，则中间覆盖层可以视为基体材料。一些多频率的仪器可以同时测量表层和中间覆盖

12、层。6 测量程序6.1 仪器的校准6.1.1 慨述每台仪器在使用前，都应接制造商的说明，用一些合造的校准标准片进行校准，并对第5章列出的因素给予适当的关注。在校准时，仪器和校准标准片的温度应尽量接近于测量时的温度，自的是尽量减小由于温度的不同引起的电导率的变化，测量过程中，为避免仪器零点漂移，必要时，仪器应进行校准。6.1.2 枝准标准片至少用两种不同已知厚度的标准片校准仪器，这些标准片中的一种有时可以是未经涂覆的基体材料(已知厚度的校准标准片可以是锢也可以是有覆盖层的标准片。标准校准片的厚度应有可靠的溯源。测量覆盖层和基体材料两者的电导率和磁导率部分特性。因校准标准片随时间和使用会出现磨损和

13、变差，应定期或咨询制造商后，进行重新校准和(或)更换。6.1.3 校准校准标准片的基体金属应具有与试样的基体金属相似的电学性能。3 GB/T 31554-2015/18021968:2005 建议对从无覆盖层校准标准片的基体金属上得到的读数与从试样基体金属上得到的读数进行比较，以确认校准标准片的适用性。如果基体金属厚度超过5.4中定义的临界厚度，则覆盖层厚度测量不受基体金属厚度的影响。如果没有超过临界厚度，则测量和校准的基体金属厚度应该尽可能相同。如果不能这样，则应用一片足够厚的、电学性能相同的金属垫在标准片或试样下面，以使读数不受基体金属厚度的影响。如果使用这种方法，应该做一些测试来证实方法

14、的适用性并确定其额外存在的误差。如果覆盖层表面弯曲使之不能按平面方式校准时，则用于校准的覆盖层的标准片的曲率或放置校准锚的基体的曲率)应与待测试样的曲率相同，除非使用带有曲率补偿的特殊探头。6.2 测量程序6.2.1 概述按制造商的说明操作每一台仪器，并对第5章中列出的因素给予适当的关注。在每次将仪器投入使用时、以及在使用中每隔一定时间，都应在测量现场对仪器的校准进行核对，以保证仪器的性能正常(见6.1)。应遵守6.2.26.2.6列出的预防事项。6.2.2 表面清洁度测量前，应除去校准标准片和试样表面上的任何外来物质，如灰尘、油脂和腐蚀产物等;但不能除去任何覆盖层材料。6.2.3 基休金属厚

15、度检查基体金属厚度是否超过临界厚度(见5.的。如没有超过，应采用6.1.3中叙述的衬垫方法，或者品证已经采用与试样相同厚度和柜同电性能的标准片进行过仪器校准。6.2.4 边缘效应不要在靠近试样的边缘、孔洞、内转角等地方进行测量，除非这类测量所做的有效校准得到证实(见附录B)。6.2.5 曲率不要在试样的弯曲表面上进行测量，除非为这类测量所作的校准的有效性已经得到了证实。6.2.6 读数的次数在同一个点的多次测量必要时可使用探头夹固定)可给出仪器、探头和测量厚度的重现性(标准偏差)信息(见注释)。注2变异系数V能从上述标准偏差计算。V等于相关的标准偏差(用百分数表示)，允许不同厚度的标准偏差的直

16、接对比。在覆盖层表面规定区域内移动探头的多次测量可给出仪器、规定区域内厚度变化的重现性信息。如果覆盖层表面粗糙或者试样表面存在大的厚度梯度(例如，由尺寸和/或外形引起)，测量零点的调整应有多次测量来确立。7 结果表述关于结果的表述应由各相关方胁调一致，通常应包括2. 、GB/T 31554-20 15/ISO 21968:2005 一一所有读数列表z一一平均值、最大值和最小值;一一标准偏差或变异系数。8 准确度要求仪器选取、校准和操作，应能使覆盖层厚度测量值准确到真实厚度值的10%以内。9 检测报告检测报告应包括以下内容za) 试样各种特征表述;b) 所依照的国家标准，包括发布日期，即本标准编

17、号GB/T31554T-2015言。测量区域尺寸大小，以mm2为单位;注2其他单位也可以使用，但需由需方和供应商达成一致。d) 每一试样被检测的部位;的检测试样的数目;f) 仪器、探头和测试使用的标准物规格和名称，包括涉及所有设备的有效证明zg) 厚度检测结果保留到m，包括每一读数和平均值;h) 检测员姓名和检测实验室名称:i) 任何不正常情况和任何可能影响到结果或结果有效性的环境或条件:j) 测量操作中的任何偏差;k) 检测中观察到的任何反常情况;D 检测日期。5 GB/T 31554-2015月SO21968 :2005 附录A(资料性附录)金属导体中涡流产生的原理涡流仪的工作原理是z仪器

18、的探头装置中产生的高频电磁场，将在置于探头下面的导体中产生涡流，涡流是由于探头线圈阻抗的振幅和相位的变化引起的。通过涡流来测量金属覆盖层的厚度。金属导体中涡流产生的原理图见图A.lo3 2 4 5 说明z1-一探头(连接涡流发生器); 2-一由磁场在金属导体中产生的涡流53一一由探头产生的振荡电磁场z4 覆盖层(被测量层); 5 基体金属。固A.1滴流在金属导体中产生原理圄涡流电流.J(8).其大小随与金属导体之间的距离变化而变化。在标准渗透深度80时，高频电磁场和表面所产生的涡流J份。)会降到37%.例如:J付。)!J(O)=l!eo标准渗透深度。，是一个重要的大致判断参数。可以通过式(A.

19、l)来计算，单位为毫米(mm)。8n = 503 0-;环7.( A. l ) 式中zf 探头的工作频率，单位为赫兹(Hz);-一导体的电导率，单位为兆西每米(MS/m); r 导体相对渗透率(非磁性材料，=1)。6 4 GB/T 31554-20 15/ISO 21968:2005 最大可测导体覆盖层厚度由标准渗透深度8。所决定。例如z测量范围由探头的频率和覆盖层的电导率所决定。最大可测厚度dmax可以通过式(A.2)大致计算得出，单位为毫米(mm)。drmx =0.880( A.2 ) 如果覆盖层厚度继续增加，涡流电流可能不再增加。如果金属覆盖层是镀在基体金属材料上，应该确认测量结果不会由

20、于基体金属厚度的变化而改变。最小测量厚度dmin可以通过式(A.3)来推算，单位为毫米(mm)。dmin =2.580. .( A.3 ) 因此，最小基体金属厚度也是由标准渗透深度。决定的，即drnin由探头的频率和基体金属的电导率和渗透率所决定。幅敏涡流法最适用于测量非磁性基体金属上非导电覆盖层厚度的测量，也适用于非导电基体材料上的非磁性金属覆盖层测量，见GB/T49570本标准中采用的相敏涡流法最适用于测量金属或非金属基体材料上非磁性金属覆盖层的测量，特别是在有油潦和非直接接触的情况下的测量。7 GB/T 31554-20 15/ISO 21968: 2005 附录B规范性附录)边缘效应的

21、测试一种简单的边缘效应测试方法用于评估接近边缘的效应，即用一个干净的用基体金属制备的无覆盖层的试样按以下步骤操作。边缘效应测试方法图示见B.l。步骤1将探头放置在试样充分远离边缘处z步骤2将仪器调至零点z步骤3将探头逐渐朝边缘移动，注意仪器读数发生变化时探头的位置F步骤4测量探头到边缘的距离d(见图B.l)。假如探头到边缘的距离较上述测得的距离远，则可能不用校准而直接使用仪器。如果探头靠近边缘使用，则仪器须作专门的校准。如有必要，参考制造商的说明书。8 如果测试样品不平整，可用一个尺寸形状相近的无覆盖层样品替代。说明$1一一检测器末次读数52一一检测器起始位置53一一-探头起始位置p4一一探头

22、终止位置zd一一探头到边缘的距离。2 4 _ 中|一一一圄B.1边缘效应测试方法图示3 GB/T 31554-2015月SO21968 :2005 参考文献lJ GB/T 4957-2003非磁性基体金属上非导电覆盖层覆盖层厚度测量涡流法(lSO 2360:1982.IDT) 唱t山OON-NS同mFONig肉H阁。中华人民共和国国家标准金属和非金属基体上非磁性金属覆盖层覆盖层厚度测量相敏涡流法GB/T 31554-2015/ISO 21968: 2005 * 中国标准出版社出版发行北京市朝阳区和平里西街甲2号。00029)北京市西城区三星河北街16号(10004日网址总编室:(010)68533533发行中心:(010)51780238读者服务部:(010)68523946中国标准出版社秦皇岛印刷厂印刷各地新华书店经销 开本880X 1230 1/16 印张1字数20千字2015年5月第一版2015年5月第一次印刷鲁书号:155066. 1一51524定价18.00元GB/T 31554-2015 如有印装差错由本社发行中心调换版权专有侵权必究举报电话:(010)68510107打印日期:2015年6月2日F002