Chọn kỹ thuật phù hợp khi kiểm tra chiều dày lớp phủ

Kiểm tra lớp phủ là một ứng dụng quan trọng của kiểm soát chất lượng trong nhiều cấu kiện hay sản phẩm thành phẩm.

Cho dù lớp phủ được sử dụng để bảo vệ hay chỉ để trang trí – chất lượng lớp phủ là vấn đề quan trọng. Khi lớp phủ bảo vệ vật liệu bên dưới chống lại không khí hoặc độ ẩm, thì độ dày của lớp phủ thường quyết định hiệu quả và tuổi thọ của cấu kiện hay sản phẩm. Ngoài ra, sự hiện diện của các lỗ bề mặt đóng một vai trò quan trọng trong chất lượng lớp phủ. Khi nói đến kiểm tra nhiều loại lớp phủ đồng nghĩa có nghĩa là có nhiều kỹ thuật kiểm tra thích hợp. Lựa chọn phương pháp tốt nhất phụ thuộc nhiều vào loại lớp phủ, cũng như yếu tố nào quan trọng nhất đối với nhiệm vụ đang cần thực hiện. Hãy xem xét kỹ hơn các lựa chọn phổ biến giúp bạn đưa ra quyết định và chọn công nghệ kiểm tra phù hợp với quy trình làm việc của mình.

Tôi muốn quan sát chi tiết nhất

Nếu việc nhìn thấy tất cả các chi tiết bên trong của một thành phần hoặc mẫu với hình ảnh có độ phân giải cao là điều cần thiết, thì kính hiển vi là kỹ thuật nên sử dụng. Kính hiển vi là một kỹ thuật cực kỳ linh hoạt và các loại kính hiển vi khác nhau mang lại những lợi ích khác nhau để kiểm soát chất lượng lớp phủ.

Khi sử dụng kính hiển vi ánh sáng công nghiệp, các mẫu có thể được kiểm tra rất chi tiết – không chỉ để đo độ dày của lớp phủ mà còn để xem xét cấu trúc vật liệu, bất thường và để đánh giá liên kết giữa lớp phủ và vật liệu bên dưới. Hình ảnh dễ hiểu và không có giới hạn về số lớp có thể được phân biệt. Tuy nhiên, nhược điểm chính là kính hiển vi là một kỹ thuật phá hủy, thường có nghĩa là một bộ phận (hoặc một phần của nó) phải được cắt để lộ mặt cắt. Sau khi cắt, mẫu cũng cần được chuẩn bị để soi bằng cách mài và đánh bóng để tạo ra hình ảnh chi tiết, sạch sẽ.

Mức độ chi tiết được thể hiện bằng hình ảnh mặt cắt được đánh bóng rất có lợi trong việc kiểm tra các bảng mạch in (PCB). Trong PCB, cấu trúc bên trong phức tạp của lớp phủ nhựa và đồng có thể được hình dung với độ chính xác cao bằng kính hiển vi. Kính hiển vi đồng tiêu có thể sử dụng như một giải pháp thay thế cho kiểm tra phá hủy. Khi một lớp phủ trong suốt, kính hiển vi đồng tiêu có thể cung cấp các chi tiết chính xác của một hoặc nhiều lớp phủ với sự chuẩn bị mẫu tối thiểu. Thiết lập giúp loại bỏ ánh sáng ngoài tiêu điểm, cho phép độ chính xác dưới micromet.

Xuống quy mô nano

Khi cần phát hiện các lớp phủ rất mỏng, chẳng hạn như các lớp phủ dưới 100 nm, thì phân tích nguyên tố là một lựa chọn phù hợp. Phân tích nguyên tố có thể được thực hiện bằng cách sử dụng máy huỳnh quang tia X (XRF). Mặc dù kỹ thuật này đi kèm với những hạn chế về việc các nguyên tố nào có thể được phát hiện, phổ XRF cho thấy các dấu vết cực kỳ nhỏ của hầu hết các kim loại, tương quan tốt với độ dày lớp phủ. Đối với các phân tích nguyên tố nhanh chóng có thể được thực hiện tại nhà máy thay vì trong phòng thí nghiệm, có thể sử dụng các máy phân tích XRF cầm tay HHXRF. Máy phân tích XRF có thể cung cấp độ dày lớp phủ trong vòng vài giây, do đó gây ra gián đoạn tối thiểu cho quy trình sản xuất. Là một phương pháp nhanh chóng để phát hiện các lớp phủ chứa kim loại với độ chính xác cao, một ứng dụng mà XRF đặc biệt thích hợp là kiểm tra lớp mạ. Sản phẩm mạ kẽm thường bao gồm một lớp mạ kẽm bao phủ vật liệu và vật liệu này không chứa kẽm. Điều này có nghĩa là tín hiệu kẽm trong phổ XRF là một chỉ số đáng tin cậy về độ dày lớp phủ.

Dòng điện xoáy “đa di năng”

Cách dễ nhất để thêm các phép đo lớp phủ vào quy trình kiểm tra là thực hiện phép đo với thiết bị đã là một phần của quy trình kiểm tra hiện có. Ví dụ, phát hiện khuyết tật dòng điện xoáy là một công nghệ thường được sử dụng trong ngành hàng không vũ trụ để kiểm tra các bộ phận khác nhau của máy bay. Tuy nhiên, thiết bị tương tự cũng có thể được sử dụng để đo độ dày của các lớp phủ phi sắt từ với độ chính xác cao. Thiết bị kiểm tra khuyết tật dòng điện xoáy tạo ra một điện trường và qua đó sản sinh ra dòng điện có thể phát hiện được trong vật liệu. Các dòng điện này cung cấp thông tin về các lỗ hổng bên trong vật liệu – và cả về các đặc tính của lớp phủ. Bên cạnh việc tiết kiệm chi phí, việc thực hiện kiểm tra lớp phủ với thiết bị đã có sẵn cũng có nghĩa là ít phải đào tạo hơn.

Hơn nữa, thực hiện hai lần kiểm tra khác nhau sử dụng cùng một thiết bị cũng giúp tiết kiệm thời gian và kiểm tra dễ dàng hơn.

Diện tích lớn, năng suất cao

Trong việc kiểm tra các diện tích bề mặt lớn, tốc độ kiểm tra thường là một thông số quan trọng. Đối với loại hình kiểm tra này, công nghệ siêu âm là một kỹ thuật thường được sử dụng. Siêu âm hoạt động bằng cách gửi sóng âm tần số cao qua thành phần cần được kiểm tra. Những sóng âm thanh này có thể truyền đi và ít bị cản trở khi truyền qua vật liệu rắn nhưng sẽ thay đổi hướng khi gặp các bề mặt phân cách. Đặc tính này làm cho siêu âm thích hợp cho việc kiểm tra như giám sát ăn mòn, nhưng nó cũng giúp dễ dàng kiểm tra độ dày của lớp phủ. Khả năng kiểm tra các khu vực lớn trong thời gian ngắn hơn khiến siêu âm trở thành một kỹ thuật được sử dụng thường xuyên trong việc kiểm tra đường ống. Các đường ống có thể được phủ một lớp hợp kim chống ăn mòn, dùng như lớp bảo vệ chống lại hơi ẩm và không khí.

Tiết kiệm thời gian và chi phí

Trong kiểm tra và kiểm soát chất lượng công nghiệp, các phép đo lớp phủ là một chỉ số quan trọng để đánh giá chất lượng và tuổi thọ của sản phẩm. Một loạt các công nghệ khác nhau có thể được sử dụng – mỗi công nghệ cung cấp các lợi ích riêng biệt, chẳng hạn như tốc độ, độ phân giải, tính dễ sử dụng hoặc chức năng kép. Kính hiển vi, huỳnh quang tia X, thiết bị kiểm tra siêu âm và thiết bị dòng điện xoáy cho phép bạn đo độ dày của lớp phủ cũng như các đặc tính khác của lớp phủ. Lựa chọn kỹ thuật phù hợp nhất để kiểm tra có thể giúp tiết kiệm thời gian, tiết kiệm chi phí và có được độ chính xác tối đa trong các thông số bạn cần để đưa ra quyết định sáng suốt về an toàn và chất lượng.

Bảng tổng kết các phương pháp đo chiều dày lớp phủ

Các phương pháp NDT và DT được sử dụng để đo độ dày lớp phủ – độ dày lớp sơn, độ dày lớp mạ, anodising v.v. sử dụng các phương pháp như Huỳnh quang tia X, tán xạ ngược điện tử, từ tính, dòng điện xoáy… Bảng dưới đây cung cấp hướng dẫn chung về các phương pháp thích hợp nhất cho các lớp phủ và chất nền khác nhau.

PHƯƠNG PHÁP
B – Tán xạ ngược beta
E – Dòng điện xoáy
M – Từ trường / Điện từ
X – Huỳnh quang tia X
U – Đo chiều dày siêu âm

LƯU Ý
1. Phương pháp bị ảnh hướng với các biến đổi từ thẩm trong lớp phủ.
2. Phương pháp bị ảnh hưởng bởi hàm lượng phốt pho của lớp phủ.
3. Phương pháp bị ảnh hưởng với thành phần hợp kim.
4. Phương pháp bị ảnh hưởng với sự thay đổi độ dẫn điện trong lớp phủ.
5. Không phải thép crom cao.
6. Có thể sử dụng nhưng không chính xác cho mọi mục đích.