凌國偉 *，李光

（1.武漢材料保護(hù)研究所，湖北 武漢 430030；2.武漢恒順材料表面技術(shù)中心，湖北 武漢 430017）

電腦智能型庫侖測(cè)厚儀在中國誕生，已經(jīng)走過10年的發(fā)展歷程。2002年下半年，中國第一臺(tái)電腦型庫侖測(cè)厚儀在浙江玉環(huán)的一家大型摩配生產(chǎn)企業(yè)使用。到現(xiàn)在，電腦型庫侖測(cè)厚儀在硬件及軟件上都發(fā)生了重大變化。

無論是從當(dāng)前的發(fā)展還是將來的展望來看，回顧這10年的發(fā)展歷程都很有必要。當(dāng)今，庫侖測(cè)厚儀仍然是電鍍行業(yè)的主要測(cè)厚儀器，非常適合測(cè)量較薄的導(dǎo)電性鍍層，性價(jià)比高、使用方便，因而在電鍍行業(yè)、五金行業(yè)獲得了廣泛應(yīng)用。特別是電腦型智能庫侖測(cè)厚儀，它是我國具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)，體現(xiàn)科技進(jìn)步、自主創(chuàng)新的技術(shù)產(chǎn)品。

1 當(dāng)代測(cè)厚技術(shù)的簡要回顧[1]

盡管已經(jīng)進(jìn)入21 世紀(jì)，世界經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)大踏步地向前發(fā)展，但作為鍍層厚度的測(cè)量儀器，從實(shí)用化、大眾化考慮，格局沒有發(fā)生大的變化。X 射線熒光技術(shù)的厚度測(cè)量儀器在國際上以德國FISHER 為代表，盡管有無損、可測(cè)量微小試樣等突出特點(diǎn)，但昂貴的價(jià)格以及使用維護(hù)的高成本使得眾多的中小企業(yè)望而卻步。而且有些與鍍層相關(guān)的問題(例如鍍層間電位差)，X 射線熒光技術(shù)無法解決?；诔暡夹g(shù)的測(cè)厚儀則主要適合測(cè)量厚度較大的單一鍍層，對(duì)較薄的電鍍層及復(fù)合鍍層一般不適用。

磁性測(cè)厚儀是將測(cè)量的磁阻轉(zhuǎn)換為厚度信息，一般要求基材必須是磁性而鍍層必須是非磁性，例如鐵(鋼)上鍍鋅，或者基體為非磁性而鍍層為磁性，鍍層和基體不能同時(shí)具有導(dǎo)磁性，因而不能測(cè)量鐵(鋼)上的鍍鎳層，因?yàn)殒囧儗右彩菍?dǎo)磁的。盡管某些磁性測(cè)厚儀可以測(cè)量鋼鐵件上的鍍鎳層厚度，但實(shí)際測(cè)量較薄的電鍍鎳層時(shí)誤差比較大，難以滿足要求。由于目前儀器基于的原理和測(cè)頭結(jié)構(gòu)，20 μm 以下的鍍層測(cè)量誤差較大，僅適合測(cè)量幾十微米以上的單鍍層，無法測(cè)量復(fù)合鍍層。對(duì)于當(dāng)前大量的ABS 塑料件上的鍍層也無法測(cè)量。

渦流測(cè)厚儀是通過高頻電場(chǎng)在導(dǎo)電體表面產(chǎn)生渦流，利用其中的提離效應(yīng)轉(zhuǎn)化覆蓋層的厚度信息。它可以測(cè)量導(dǎo)電基體上的非導(dǎo)電和非導(dǎo)磁覆蓋層，例如銅或鋁材上的漆膜、氧化膜等，要求基體必須為非導(dǎo)磁，所以不能用于鋼鐵材料上的覆蓋層測(cè)量。如果覆蓋層導(dǎo)電，即使基材是非磁性也無法測(cè)量。而電鍍層均是導(dǎo)電的，所以不能用于電鍍層厚度測(cè)量。由于測(cè)頭的物理結(jié)構(gòu)，測(cè)量較薄的非導(dǎo)電層也會(huì)產(chǎn)生較大的誤差。對(duì)于當(dāng)前大量的ABS 塑料件上的復(fù)合鍍層也無法測(cè)量。

2 庫侖測(cè)厚技術(shù)及其特點(diǎn)

庫侖測(cè)厚儀也稱作電解測(cè)厚儀，是在通電條件下通過陽極溶解過程測(cè)量被溶解鍍層的厚度。在測(cè)量過程中，被測(cè)覆蓋層電氣連接到工作電源的陽極，并暴露在適當(dāng)?shù)碾娊庖褐校c電解液中另一電極(電氣連接到工作電源的陰極，通常就是電解杯)，構(gòu)成電化學(xué)體系。通過檢測(cè)陽極溶解電位的變化和記錄電解過程中累計(jì)的電量(電流乘以時(shí)間)，根據(jù)法拉第定律計(jì)算出所測(cè)量的覆蓋層厚度[2]。

陽極庫侖溶解測(cè)厚方法與其他測(cè)厚方法相比，有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。國際上經(jīng)常將其和金相法認(rèn)可為仲裁方法，例如ISO 1461:1999 以及ASTM A630-98 中都有相關(guān)規(guī)定。

其他不能作為仲裁方法的測(cè)厚方法，無論依據(jù)何種物理、化學(xué)原理，都是一種間接測(cè)量方法。需要將待測(cè)量覆層的厚度信息依據(jù)物理、化學(xué)原理轉(zhuǎn)換成質(zhì)量、電壓、電流信號(hào)等，而實(shí)際的測(cè)量裝置遠(yuǎn)不能達(dá)到理論的測(cè)量狀態(tài)，轉(zhuǎn)換的過程中往往存在非線性和一些難以控制的因素，使得分辨率和精度受到很大限制，特別是當(dāng)存在多個(gè)轉(zhuǎn)換過程時(shí)，其測(cè)量誤差更大。

傳統(tǒng)的金相方法是一種基本測(cè)厚方法，其自身存在的主要問題是制樣相當(dāng)繁瑣，特別是當(dāng)覆蓋層比較薄時(shí)以及是復(fù)合鍍層時(shí)，若材料較軟，制樣更困難，因此其測(cè)量效率很低。而相對(duì)快速的專業(yè)制樣設(shè)備價(jià)格也比較昂貴。金相法除了作為定標(biāo)和驗(yàn)證時(shí)使用外，在經(jīng)常性的測(cè)試工作中已經(jīng)被其他測(cè)厚方法所取代。

3 電腦智能型庫侖測(cè)厚技術(shù)

如今的智能電腦測(cè)厚系統(tǒng)已經(jīng)突破了傳統(tǒng)庫侖測(cè)厚儀的概念，成為一種鍍層性能測(cè)試設(shè)備。不僅能夠測(cè)量鍍層厚度，而且能分辨不同成分的鍍層，評(píng)價(jià)鍍層的均勻性，進(jìn)而判定鍍液的狀況、添加劑的性能等等。所有這些是通過記錄測(cè)量過程中鍍層的電位變化以及曲線形狀得到的。因此可以說，與電腦連接并配有專用軟件的庫侖智能測(cè)量系統(tǒng)是利用庫侖原理測(cè)厚技術(shù)的一次革命。

3.1 電腦型庫侖測(cè)厚儀與傳統(tǒng)庫侖測(cè)厚儀的差別

所謂的傳統(tǒng)型庫侖測(cè)厚儀是指按照國際和國標(biāo)研制的一系列采用陽極溶解庫侖法測(cè)量導(dǎo)電性覆蓋層厚度的儀器。其原理為：用適當(dāng)?shù)碾娊庖宏枠O溶解精確限定面積的覆蓋層。電解池電壓的急劇變化表明覆蓋層實(shí)質(zhì)上的完全溶解。通過所消耗的電量計(jì)算出覆蓋層的厚度[3-4]。

傳統(tǒng)的庫侖測(cè)厚技術(shù)主要注重測(cè)量過程的起始和結(jié)束點(diǎn)(時(shí)刻)，而電腦型庫侖測(cè)厚儀除此之外，還記錄了全部測(cè)量過程信息。電腦型庫侖測(cè)厚儀與傳統(tǒng)庫侖測(cè)厚儀在儀器原理上并沒有差別。如果僅僅測(cè)量比較符合理論特性的覆蓋層厚度，即覆蓋層與基體材料(下一層)在陽極溶解過程中電位呈現(xiàn)出急劇變化(例如>2 000 mV)，傳統(tǒng)的庫侖測(cè)厚儀可以得到準(zhǔn)確的厚度結(jié)果。但實(shí)際情況往往是，鍍層的陽極溶解電壓受到環(huán)境溫度、電解池清潔程度等因素的影響而變化較大。冬季測(cè)量時(shí)陽極溶解電位較高，而夏季測(cè)量時(shí)電位較低。因而傳統(tǒng)的庫侖測(cè)厚儀經(jīng)常碰到的問題是：冬季開測(cè)即停；夏季不能自動(dòng)停機(jī)；春秋季測(cè)量一般正常。另外，在接近鍍層分界時(shí)測(cè)量的陽極溶解電位有時(shí)是漸變的，因?yàn)榉纸缑驽儗油ǔ２粫?huì)頃刻全部溶解，而是逐漸溶解，底材逐漸露出，陽極溶解電位以混合電位的形式呈現(xiàn)一定的變化規(guī)律，庫侖測(cè)厚原理中所希望的電壓急劇變化對(duì)多數(shù)鍍層而言都不存在。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新材料、新鍍種不斷出現(xiàn)，特別是一些合金鍍層的應(yīng)用，造成鍍層間或鍍層與基體在同一電解液中的電壓變化很小，甚至鍍層間與基體間可能存在復(fù)合結(jié)構(gòu)區(qū)、過渡區(qū)，這些情況都是傳統(tǒng)庫侖測(cè)厚技術(shù)和其他無損測(cè)厚技術(shù)無法應(yīng)對(duì)的。目前在工業(yè)應(yīng)用中，大部分實(shí)驗(yàn)室都難以保證冬夏的恒溫條件。環(huán)境溫度變化導(dǎo)致陽極溶解電位變化，造成在冬季較低氣溫下無法測(cè)量某些鍍層，或測(cè)量厚度值偏低，甚至開測(cè)即停，而在夏天氣溫較高時(shí)測(cè)量的厚度值偏大，有時(shí)鍍層測(cè)量時(shí)甚至不能自動(dòng)停機(jī)。當(dāng)然，通過其他方法進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償可以解決上述部分問題，但是不能從根本上解決所有問題，而且會(huì)帶來操作上的復(fù)雜性。因此，對(duì)于鍍層間電位差較小，鍍層與基體間測(cè)量電位較低，以及具有類似過渡層結(jié)構(gòu)的鍍層，傳統(tǒng)的庫侖測(cè)厚儀基本無法測(cè)量。問題的關(guān)鍵在于，傳統(tǒng)的庫侖測(cè)厚儀主要基于鍍層被陽極溶解結(jié)束后電解池的電壓會(huì)發(fā)生較大變化，而且是上升的變化，只關(guān)注測(cè)量起點(diǎn)和測(cè)量終點(diǎn)，對(duì)測(cè)量過程只是監(jiān)視，不記錄，更談不上分析，缺乏技術(shù)功能的擴(kuò)展。

3.2 電腦型庫侖測(cè)厚儀的技術(shù)特點(diǎn)

電腦型庫侖測(cè)厚儀不僅記錄測(cè)量過程的起點(diǎn)和終點(diǎn)，而且記錄測(cè)量的全過程。它既能更好地完成傳統(tǒng)庫侖測(cè)厚儀的全部功能，又在功能上有較大擴(kuò)充，完全可以準(zhǔn)確測(cè)量鍍層間電位差較小和鍍層與基體間測(cè)量電位較低的鍍層的厚度。在具有過渡層的情況下，它可以通過數(shù)據(jù)處理得到純鍍層和過渡層的各分層厚度。即使因外界條件造成電位變化，通過記錄的全過程數(shù)據(jù)都能很好解決。

由于是記錄測(cè)量的全過程，實(shí)際也就是記錄鍍層材料的溶出曲線，因此從中可以得到很多有關(guān)鍍層材料的信息。比如從電位的變化可以評(píng)價(jià)鍍層的耐腐蝕性、鍍層均勻性以及判斷其他合金層或不同結(jié)構(gòu)層的存在和位置。而這些信息恰恰是其他測(cè)厚技術(shù)(如X 射線熒光)所不能得到的。庫侖測(cè)厚技術(shù)的主要缺點(diǎn)在于其破壞性。但正是這種陽極溶解的破壞，又可從中得到鍍層內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息。而這些又是其他技術(shù)得不到的。因此電腦型庫侖測(cè)厚儀從傳統(tǒng)的庫侖測(cè)厚技術(shù)的缺點(diǎn)中發(fā)掘出優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于溶解結(jié)束電位下降的曲線，傳統(tǒng)的庫侖測(cè)厚儀是無法直接測(cè)量的。而電腦型庫侖測(cè)厚儀完全解決了這一問題。特別是用于測(cè)量多層鎳的STEP 方法[5]，電腦型庫侖測(cè)厚儀完全取代了X?Y 函數(shù)記錄儀，不僅使用方便，而且可靠性和性價(jià)比高，測(cè)量數(shù)據(jù)的保存、調(diào)用、再分析等也非常方便。

采用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，其主要優(yōu)點(diǎn)有：測(cè)量精度高，測(cè)量數(shù)據(jù)以圖形顯示，一目了然；可以實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示電位變化曲線，便于觀察是否有合金層或其他中間層；特別是可以詳細(xì)分析多層鎳等類似鍍層的電位差值及厚度；能分辨不同成分的鍍層，評(píng)價(jià)鍍層的均勻性，進(jìn)而判定鍍液的狀況、添加劑的性能等等；監(jiān)視測(cè)量是否準(zhǔn)確，詳細(xì)分析測(cè)量數(shù)據(jù)，選擇打印測(cè)量曲線和標(biāo)準(zhǔn)格式報(bào)告等功能。測(cè)量數(shù)據(jù)便于長期保存，并能方便輸入到其他軟件中進(jìn)行處理；操作簡便，無需再記憶測(cè)量代碼等[6]。

3.3 電腦型庫侖測(cè)厚儀的主要發(fā)展階段

庫侖測(cè)厚儀在我國研制生產(chǎn)可追溯到上世紀(jì)60年代。盡管儀器的基本測(cè)量原理沒有變化，但是隨著科技進(jìn)步，特別是電子技術(shù)的發(fā)展，儀器也在不斷更新?；蛟S是因?yàn)閮x器的基本原理貌似簡單，研發(fā)者少有從其深入提高和擴(kuò)展上下功夫，制造者也只是將功夫花在改變儀器外形上。例如國內(nèi)某研究單位的專業(yè)儀器研發(fā)科室的本科畢業(yè)的電子、計(jì)算機(jī)人員，紛紛跳槽到其他單位或地區(qū)從事其他工作，很少人堅(jiān)持庫侖測(cè)厚儀的研發(fā)工作。

直到本世紀(jì)初，我國的加工制造業(yè)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)要求的提高，希望獲得檢測(cè)種類多、快速、準(zhǔn)確、方便、容易維護(hù)、價(jià)格又比較低廉的鍍層厚度檢測(cè)儀器。面對(duì)一些新鍍層，包括新材料、合金鍍層、復(fù)合鍍層，傳統(tǒng)的庫侖測(cè)厚儀已經(jīng)遠(yuǎn)不能滿足要求。一些新材料鍍層的測(cè)量轉(zhuǎn)變電位很低，傳統(tǒng)的測(cè)量方法很難分辨。合金電鍍的鍍層結(jié)構(gòu)常有不均勻，特別是在工件表面形核時(shí)，其結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分往往與普通鍍層不同，有些鍍層在分界面也會(huì)形成合金層，都無法采用傳統(tǒng)的庫侖測(cè)厚儀測(cè)量。貴金屬電鍍層往往都很薄，以微英寸為單位計(jì)量(1 μm ≈ 39.37 μ″)，采用傳統(tǒng)的庫侖測(cè)厚儀也很難準(zhǔn)確測(cè)量。因而有些人認(rèn)為庫侖測(cè)厚儀根本無法適應(yīng)現(xiàn)代生產(chǎn)的鍍層厚度檢測(cè)要求，只能使用進(jìn)口的X 射線熒光測(cè)厚儀。實(shí)際情況卻是，有太多的企業(yè)需要檢測(cè)鍍層厚度(監(jiān)控生產(chǎn)或者驗(yàn)貨)，不僅要求準(zhǔn)確、快速、簡便，而且要求使用成本低，維護(hù)方便。國內(nèi)的眾多企業(yè)，特別是小企業(yè)，其實(shí)驗(yàn)室的條件較差，根本不能滿足進(jìn)口高檔儀器的工作條件。高檔的進(jìn)口儀器不僅購買費(fèi)用高，而且使用、維護(hù)費(fèi)用高，如要求全天候恒溫、恒濕，而X 光管組件因老化更換的費(fèi)用達(dá)到幾萬元。為保證儀器正常使用，要求長期專人操作，這一點(diǎn)在許多小企業(yè)都難以保障。另外，由于對(duì)耐蝕性要求提高，許多產(chǎn)品都要求外表鍍多層鎳以及鎳封、微孔鉻(或微裂紋鉻)。對(duì)此，不僅要求測(cè)量各分鍍層的厚度，而且要求測(cè)量鍍層間的電位差，作為評(píng)價(jià)鍍層實(shí)際耐蝕性的基本指標(biāo)。即使鍍層厚度達(dá)標(biāo)，但電位差不達(dá)標(biāo)，產(chǎn)品的耐蝕性仍不能滿足實(shí)際需要。通過庫侖測(cè)厚儀能得到鍍層電位差數(shù)據(jù)，而其他類型的測(cè)厚儀均無法完成，因?yàn)闇y(cè)量鍍層電位差的標(biāo)準(zhǔn)就是依據(jù)庫侖測(cè)厚儀原理來制定的。

隨著市場(chǎng)需求和技術(shù)發(fā)展，本世紀(jì)初也有人開始考慮提高傳統(tǒng)庫侖測(cè)厚儀的技術(shù)，例如儀器采用液晶顯示屏，可顯示鍍層漢字名稱等其他測(cè)量信息。但是其技術(shù)目標(biāo)顯然有如下幾點(diǎn)錯(cuò)誤：(1)沒有瞄準(zhǔn)技術(shù)進(jìn)步的實(shí)質(zhì)問題；(2)提高了儀器的制造成本，但儀器的性能基本沒有提升。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，將傳統(tǒng)的庫侖測(cè)厚儀與現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合才是正確的技術(shù)路線，10年來的發(fā)展也完全證明了這一點(diǎn)。原因是：(1)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的軟硬件功能使得開發(fā)出高性能庫侖測(cè)厚儀軟件相對(duì)容易；(2)計(jì)算機(jī)大屏幕顯示使得電腦型庫侖測(cè)厚儀具有良好的操作界面和體驗(yàn)；(3)在大幅度提高儀器性能的前提下，其研發(fā)制造費(fèi)用較低，具有最好的性價(jià)比。如今，電腦智能測(cè)厚儀已大面積普及就是最好的證明。

10年來的技術(shù)發(fā)展可以分為幾個(gè)階段：

(1)2002?2004年，屬于初級(jí)階段，電腦智能測(cè)厚儀從發(fā)明到穩(wěn)定，國內(nèi)第一個(gè)電腦型庫侖測(cè)厚儀專利誕生。電腦型庫侖測(cè)厚儀一開始投入市場(chǎng)就立即呈現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，并從硬件到軟件逐步完善和穩(wěn)定，生產(chǎn)企業(yè)也從最初的一家發(fā)展到多家。

(2)2005?2010年，是發(fā)展階段。隨著軟件發(fā)展，以及硬件進(jìn)一步完善、穩(wěn)定，不僅滿足常規(guī)測(cè)厚的功能，而且能適應(yīng)一些擴(kuò)展功能，如線材測(cè)量、手動(dòng)設(shè)置、支持不同孔徑測(cè)量頭等。軟件功能也不斷完善和開始擴(kuò)展，例如自動(dòng)選擇通訊端口，線材測(cè)量，任意選擇大小測(cè)量頭，無需標(biāo)準(zhǔn)片的儀器自檢等功能。這6年內(nèi)隨著技術(shù)的發(fā)展，生產(chǎn)廠家不斷增多。

(3)2011 至今，硬件功能綜合化發(fā)展，軟件則向智能化方向發(fā)展。已經(jīng)有廠家成功地將可進(jìn)行鍍層孔隙率測(cè)量的硬件功能包含到電腦型庫侖測(cè)厚儀硬件當(dāng)中，相關(guān)增強(qiáng)軟件正在完善。經(jīng)過前一階段的發(fā)展，儀器暴露出的一些技術(shù)問題亟待提高[7]。例如，由于外界因素引起的測(cè)量時(shí)截止電位的變化，不僅使測(cè)量不準(zhǔn)確，而且上一層鍍層的殘余會(huì)影響下一層的測(cè)量，或是上一鍍層的過度測(cè)量會(huì)導(dǎo)致下一鍍層測(cè)量不準(zhǔn)確；某些鍍層測(cè)量結(jié)束時(shí)測(cè)量電位下降而不是通常的上升，因而需要人工停止測(cè)量；鍍層因?yàn)榻缑婧辖饘拥拇嬖趯?dǎo)致無法準(zhǔn)確測(cè)量等。雖然這些問題從一定程度上可以采用設(shè)置多測(cè)量擋位，人工觀察儀器顯示的測(cè)量電位變化，以及根據(jù)測(cè)量曲線人工判定測(cè)量階段來解決，但這增加了人為的操作誤差。特別是對(duì)于質(zhì)量要求特別嚴(yán)格的企業(yè)，要求實(shí)現(xiàn)儀器統(tǒng)一的處理方法。實(shí)際工作中，中小企業(yè)經(jīng)常需要采取靈活的工作方式，例如針對(duì)常見的單一鍍層或復(fù)合鍍層采取單機(jī)測(cè)量操作，暫不連接電腦。要保證測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確，也要求儀器具有智能化以應(yīng)對(duì)上述的復(fù)雜情況，因?yàn)闇y(cè)量中出現(xiàn)的異常狀況是隨機(jī)的。目前來看，軟件的智能化在一些品牌的儀器上已經(jīng)取得成功，能保證各種測(cè)量狀態(tài)下準(zhǔn)確的自動(dòng)測(cè)量。

這里需要提及幾個(gè)問題。目前電腦型庫侖測(cè)厚儀大體有兩種具體形式。一種是既可單機(jī)獨(dú)立使用又可連接電腦操作使用的兩用機(jī)型，另一種是要么只能單機(jī)使用，要么只能連接電腦操作的機(jī)型。兩用機(jī)型的優(yōu)點(diǎn)顯而易見，不僅使用方便、靈活，而且在日常工作中很容易分辨故障問題。后者的維護(hù)容易出現(xiàn)麻煩，甚至要將配套電腦主機(jī)整體返廠維修。兩用型儀器的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)高，要求廠家具有獨(dú)立自主的研發(fā)能力。只能單一使用的儀器要么是老式儀器，要么是委托第三方開發(fā)儀器的軟件和硬件，廠家缺少獨(dú)立的技術(shù)能力。另外需要提醒的是：庫侖測(cè)厚儀是一種計(jì)量器具，需要具備省市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局頒發(fā)的4 個(gè)計(jì)量證書，才能保證測(cè)量結(jié)果被普遍認(rèn)可，以及遵守國家計(jì)量法規(guī)。

3.410 年來電腦型庫侖測(cè)厚儀取得的進(jìn)步

(1)智能判定鍍鉻、鎳、銅、鋅層的測(cè)量終點(diǎn)，自動(dòng)識(shí)別和排除環(huán)境溫度和其他因素對(duì)測(cè)量的影響，保證測(cè)量準(zhǔn)確且無殘留。

(2)當(dāng)銅上鍍錫存在銅錫合金層時(shí)，實(shí)現(xiàn)了智能判定測(cè)量終點(diǎn)，保證鍍錫層測(cè)量干凈以及測(cè)量準(zhǔn)確。

(3)無底銅多層鎳(如摩托車貨架)測(cè)量終點(diǎn)自動(dòng)停機(jī)，無需人工干預(yù)。

(4)有底銅多層鎳(如塑膠標(biāo)牌電鍍)測(cè)量智能停機(jī)，不溶解底銅，保證測(cè)量準(zhǔn)確。很多情況下，當(dāng)半光亮鎳溶解結(jié)束到達(dá)底銅時(shí)，陽極溶解電位緩慢上升。若采用根據(jù)電位來判定測(cè)量終點(diǎn)的傳統(tǒng)方法，會(huì)導(dǎo)致底銅被溶解掉或是底銅殘留很多，測(cè)量結(jié)果誤差較大。

(5)多層鎳數(shù)據(jù)智能分析，方便、快捷、準(zhǔn)確。

(6)專業(yè)的化學(xué)鍍鎳測(cè)量技術(shù)，為工藝提供重要的參考信息。

(7)可用于某些特殊鍍層測(cè)量，例如鈀、鋅鎳合金、真空鍍鋁、馬口鐵(鍍錫)、可伐合金上鍍鎳磷合金、鑄鐵上的鍍銅層等等。

(8)超薄金、超薄銀層測(cè)量，且可選μm 或“邁”(即μ″)為測(cè)量單位。

(9)智能化線材測(cè)量，可用于直徑(或邊長)0.05～3.00 mm 線材的測(cè)量。

(10)儀器具有自檢功能，無需標(biāo)準(zhǔn)片，極大方便了用戶。

(11)獨(dú)立或連接電腦兩用，方便不同情況下使用，也極大便于操作者迅速判定儀器故障和儀器維修。

(12)儀器不斷智能化，可自檢儀器通訊端口是否正常，對(duì)常見問題給出準(zhǔn)確的提示。

4 測(cè)量舉例

4.1 超薄鍍層的測(cè)量

采用庫侖微電流技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)超薄金(0.002 5 μm范圍)的厚度測(cè)量，而其他測(cè)厚技術(shù)測(cè)量0.1 μm 鍍金層時(shí)已經(jīng)會(huì)產(chǎn)生較大的誤差。

【范例1】 薄金 0.31 μ″(0.007 9 μm)，如圖1 所示。

【范例2】鍍鋅及鈍化膜厚度連續(xù)測(cè)量，如圖2 所示。

圖1 某薄鍍金層厚度的測(cè)量Figure 1 Measurement of a thin gold coating thickness

圖2 鍍鋅及鈍化膜厚度連續(xù)測(cè)量Figure 2 Continuous measurement of the thicknesses of zinc coating and the passivation film on it

4.2 鎳磷合金鍍層

根據(jù)測(cè)量曲線形狀可判斷含磷量范圍，選擇正確的測(cè)量檔位進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，如圖3 所示。

圖3 不同含磷量的鎳磷合金鍍層厚度的典型測(cè)量曲線Figure 3 Typical measurement curves for Ni–P alloy coatings with different phosphorous contents

4.3 三層鎳

庫侖法測(cè)量多層鎳時(shí)可以同時(shí)得到厚度和電位差值，如圖4 所示。

圖4 三層鎳的典型測(cè)量曲線Figure 4 Typical measurement curve for three-layer nickel coating system

4.4 含有合金鍍層測(cè)量

馬口鐵厚度測(cè)量如圖5 所示。

圖5 典型的馬口鐵測(cè)量曲線Figure 5 Typical measurement curve for tinplate

馬口鐵就是電鍍錫板，但與一般電鍍件的主要區(qū)別在于，電鍍之后要進(jìn)行一道“軟熔”工序，其目的是為了在純錫和鐵基材之間生成錫鐵合金層，以增強(qiáng)鍍層的耐腐蝕性。鍍層的測(cè)量目標(biāo)不僅要得到純錫層厚度，而且要得到錫鐵合金層厚度。

除了金相法和庫侖法，目前無法用其他方法測(cè)量馬口鐵。圖5 中清楚顯示了純錫及合金錫的分層結(jié)構(gòu)與厚度。

4.5 制作標(biāo)準(zhǔn)曲線

用戶可根據(jù)測(cè)量電位曲線觀察鍍層是否均勻，進(jìn)而評(píng)價(jià)鍍液或添加劑情況。

可根據(jù)具體情況制作各種標(biāo)準(zhǔn)鍍層試樣，然后測(cè)量厚度，將結(jié)果作為標(biāo)準(zhǔn)曲線保存。日后將測(cè)量結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)曲線對(duì)比，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題。通常可根據(jù)曲線形狀、電位變化等分辨不同成分的鍍層、鍍液和添加劑的狀況。

5 庫侖測(cè)厚技術(shù)的發(fā)展展望

電腦型庫侖測(cè)厚儀是傳統(tǒng)庫侖測(cè)厚技術(shù)的一次革命，在傳統(tǒng)技術(shù)與現(xiàn)代計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)結(jié)合的基礎(chǔ)上，有機(jī)地融入當(dāng)前各學(xué)科最新的成果。庫侖測(cè)厚技術(shù)將發(fā)展成為一門綜合的鍍層及材料分析技術(shù)。技術(shù)的發(fā)展永無止境，近期的技術(shù)發(fā)展可在下述兩方面努力。

5.1 綜合測(cè)試儀器

電腦型智能庫侖測(cè)厚儀很容易將其他測(cè)量技術(shù)融入其中。例如引入改進(jìn)的電圖法測(cè)量鍍層孔隙率，可比“藍(lán)點(diǎn)法”更便捷地得到結(jié)果。以往測(cè)量鍍層孔隙率的方法實(shí)際操作比較麻煩，且記錄、分析、長期保存測(cè)量結(jié)果是很困難的事。增加一些裝置和改進(jìn)軟件，儀器便比較容易成為一臺(tái)恒電位儀或恒電流儀，能用于電化學(xué)參數(shù)的綜合測(cè)量，例如可以測(cè)量電鍍液的電導(dǎo)率、pH、陰極電流效率、分散能力、覆蓋能力、整平能力、極化曲線、塔菲爾曲線等等。

5.2 電化學(xué)材料分析設(shè)備

由于電腦型智能庫侖測(cè)厚儀可以測(cè)量鍍層的溶出曲線，因而能夠任意設(shè)定電流、電位閾值、電化學(xué)當(dāng)量系數(shù)等參數(shù)，有目的地對(duì)材料進(jìn)行分析。材料的成分和結(jié)構(gòu)不同，其電化學(xué)溶出電位就不同。鍍層的溶出曲線包含了大量的材料相關(guān)信息。多種材料信息復(fù)合在一起，需要采用其他信息處理方法來解析。例如采用目前流行的Matlab 軟件中的小波分析，對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行濾波、分解，或利用Matlab 軟件中的化學(xué)、物理、數(shù)學(xué)等工具箱中相應(yīng)的工具對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實(shí)行反卷積等，從而得到與鍍層性能有關(guān)的大量信息。

6 結(jié)語

科技為先導(dǎo)，市場(chǎng)是動(dòng)力。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和市場(chǎng)的不斷需求，庫侖測(cè)厚技術(shù)也在不斷進(jìn)步。盡管市場(chǎng)不斷提出新的需求，但要滿足市場(chǎng)需求必須解決技術(shù)創(chuàng)新面臨的諸多問題。特別是在傳統(tǒng)技術(shù)的改造上，必須以科技為先導(dǎo)，不斷嘗試技術(shù)上的突破。

綜上所述，庫侖方法不僅在厚度測(cè)量方面是目前電鍍行業(yè)性價(jià)比最好的儀器，而且在鍍層性能測(cè)試、評(píng)價(jià)方面也是一種重要的方法。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，庫侖技術(shù)還有很大的發(fā)展空間。

[1]全國金屬與非金屬覆蓋層標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).覆蓋層標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用手冊(cè)(下)[M].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,1999.

[2]ISO 2177:2003 Metallic coatings—Measurement of coating thickness—Coulometric method by anodic dissolution [S].

[3]GB/T 4955–1997 金屬覆蓋層 覆蓋層厚度測(cè)量 陽極溶解庫侖法[S].

[4]ASTM B504-90(2002)Standard Test Method for Measurement of Thickness of Metallic Coatings by the Coulometric Method [S].

[5]ASTM B764-94 Standard Test Method for Simultaneous Thickness and Electrochemical Potential Determination of Individual Layers in Multilayer Nickel Deposit (STEP Test)[S].

[6]凌國偉.電腦型庫侖測(cè)厚儀問答[J].材料保護(hù),2005,38 (9):76-77.

[7]凌國偉,李光.庫侖測(cè)厚儀使用中的一些問題和誤區(qū)[J].電鍍與涂飾,2014,33 (5):212-213.