铝阳极氧化膜的厚度测定方法

(1)显微截面测量法 显微截面测厚法是一种有损测量方法，该方法使用金相显微镜直接观测待测试样的横截面，可以直接反映某测量位置铝阳极氧化膜的局部膜厚。虽然显微截面测量方法比较直观，并不需要诸如氧化膜密度或折射指数等信息，又通过计算得到膜厚的数值，但是测量位置(即显微截面及测量位置)的范围有限，因此应该注意选择有代表性的位置，才能获得厚度与膜厚均匀性的准确信息。显微截面测厚法的测量精度影响因素很多，例如样品的表面粗糙度、横截面的垂直度、显微镜的测量精度、放大倍数的选择、氧化膜变形等都会引起测量数据的偏差。在正常测量条件下，当膜厚大于25μm时，测量误差可以小于5%。显微截面测厚法的具体操作，可参见表1中序号1“显微截面测量法”的各国标准中的有关条文规定。 显微截面测量法是一种经典的金相实验技术，操作比较耗时而且需要有操作技巧，操作者只有具备熟练的金相技术才可以得到准确的结果。操作技术应该注意的是:①切割横截面要仔细，避免飞边或变形;②试样的横截面与试样表面完全垂直，垂直度的偏差直接引起厚度测量的误差。例如垂直度偏差10°，则厚度误差达到2%;③横截面试样镶样时，样品与镶样树脂材料之间不得留有空隙;④金相显微镜的测微镜经常标定，放大倍数可根据视场直径为膜厚的1.5~3倍来考虑，原则上放大倍数愈大则测量误差愈小。但是常用的显微镜放大倍数是1000倍，此时屏幕上的1mm正好相当于1μm膜厚,换算比较方便而且非常直观。 显微截面法是阳极氧化膜厚度在5μm以上时厚度测定的仲裁方法，该样品可以作为标定其他厚度测定方法的基准片。 (2)质量损失法 质量损失法(也称重量法或失重法)是通过脱膜前后的质量变化(即失重值)计算阳极氧化膜的厚度，此方法适用于绝大部分变形或铸造铝合金，但是铜含量大于6%的铝合金不宜使用。在确定铝阳极氧化膜的密度后，按照下列公式可以计算得到测量面积A的平均膜厚。 (3)涡流测厚法 涡流测厚法是工厂常用的、非常方便的在线非破坏性的无损快速测量方法，特别适用于生产现场、销售现场和施工现场的快速无损膜厚监测。涡流测厚仪器本身的品质是保证测量度和重复性的关键因素，购置之前应该充分了解仪器的性能和精度，使用之前应该熟读仪器所附的说明书。涡流测厚仪适用于在非磁性金属上的非导电膜(绝缘膜)的厚度测量，因此作为铝合金阳极氧化膜厚度的快速测量非常合适和方便，但是一般不能用于很薄的铝合金化学转化膜的厚度测量。涡流测厚法的原理是:置于氧化膜上的测量探头中安装高频交流线圈产生的高频电磁场，使绝缘膜下非磁性金属导体产生一个涡流值，这个涡流值的大小是与膜的厚度定量相关的。基于这个事实，在选择的高频下，膜厚δ与电容值C成反比的函数关系:

      C=Aε/(4πδ)

式中，δ为阳极氧化膜厚度，μm;A为氧化膜的表面积，cm2;ε为氧化膜的介电常数。 当涡流测厚仪的探头置于铝阳极氧化膜的表面时，一.般可以在仪器面板上直接读出探头与金属铝基体之间的距离，这个距离就是非导电性的绝缘阳极氧化膜厚度的数值。仪器读数的准确性直接与零点校准(采用没有氧化膜的同–铝合金进行校准)和标准膜厚标定(采用标准厚度片标定)有明显关系，因此涡流测厚仪在每次测量之前进行零点校准和膜厚标定，这是一项不可缺少的测量步骤。涡流测厚仪不能测量非常薄的氧化膜，而只适用于测定厚度为5μm以上的阳极氧化膜。在测量中还注意试样测量面的平面度和平整度，以保证测量的可靠性。目前涡流测厚仪已经使用了接近半个世纪，现代涡流测厚仪在防止零点漂移和提高测量精度方面已经有了很大的改进和提高，因此选择高精度涡流测厚仪是维持高精度检测的前提。 涡流测厚仪测量阳极氧化膜的厚度，应该注意各种因素对于测量精度的影响。这些影响因素有膜的厚度、基体金属的厚度、表面粗糙度、试样曲率、试样变形度、测试位置和施加探头的压力、表面附着污染物、环境温度等。为此在测量操作时，应该将探头平稳、垂直地置于清洁干燥的待测试样表面，探头施加的压力尽可能保持恒定。试样的被测量的位置应该在平面上，尽可能符合测试目的和要求，试样如有一定曲率需要使用专用于有曲率平面的探头。另外试样不得变形，膜的厚度应该在仪器的测量范围内。操作时一-般应该进行多次测量而取其平均值。 特别需要再次指出的是，为了保证测量精度，每次厚度测量前，都要对没有阳极氧化膜的铝合金基体进行零点校准，然后使用标准膜厚检测片进行多点膜厚标定。