Способ магнитного контроля толщины слоев двухслойного хромоникелевого покрытия

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ МАГНИТНОГО КОНТРОЛЯ ТОЛЩИНЫ СЛОЕВ ДВУХСЛОЙНОГО ХРОМОНИКЕЛЕВОГО ПОКРЫТИЯ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Лухвич Александр Александрович Булатов Олег Владимирович Лукьянов Андрей Леонтьевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси(57) Способ магнитного контроля толщины слоев двухслойного хромоникелевого покрытия, в котором контролируемый участок покрытия намагничивают до состояния магнитного насыщения никеля, измеряют величину индукции вторичного магнитного поля этого участка, зависящую только от толщины никелевого слоя под хромом, и определяют указанную толщину по предварительно построенной градуировочной зависимости, связывающей ее с измеренной величиной, затем повторно намагничивают тот же участок покрытия до состояния ниже магнитного насыщения никеля, вновь измеряют величину индукции вторичного магнитного поля и по градуировочной зависимости этой величины от толщины слоя хрома, предварительно построенной при известной толщине никелевого слоя,равной определенной по результату первого измерения, определяют толщину слоя хрома. Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может использоваться для раздельного измерения толщины двухслойных хромоникелевых покрытий. Известен способ электромагнитного измерения толщины покрытий 1, состоящий в том, что измеряют магнитное сопротивление м замкнутой магнитной цепи, образованной установленным на контролируемый участок двухслойного покрытия электромагнитным П-образным преобразователем и приложенной с обратной стороны против этого участка ферромагнитной пластиной, и с помощью градуировочной зависимости м(Т) определяют толщину Т покрытия, затем по заданной закономерности меняют расстояние между покрытием и ферромагнитной пластиной, одновременно плавно увеличивают частотупитающего преобразователь тока и при этом по выходному сигналу преобразователя судят об изменении магнитного сопротивления м. Прекращение изменения м свидетельствует о достижении некоторой граничной частоты гр, по которой с помощью градуировочной зависимости гропределяют толщинуслоя с большей удельной электропроводностью, после чего толщинудругого слоя определяют по разности Т - . 12443 1 2009.10.30 Предложенный способ можно использовать только для контроля двухслойных покрытий небольшой толщины, причем слои покрытия должны существенно различаться по удельной электропроводности. Невыполнение последнего требования приводит к возрастанию влияния на граничную частоту тока толщины слоя с меньшей электропроводностью, что увеличивает погрешность контроля. Наиболее близким к изобретению является способ измерения толщины покрытий 2,заключающийся в том, что в заданной точке двухслойного хромоникелевого покрытия измеряют отрывную силу постоянного магнита, помещают между магнитом и покрытием немагнитную прокладку известной толщины и в той же точке проводят дополнительное измерение отрывной силы с немагнитной прокладкой, затем по разности отрывных сил и толщине немагнитной прокладки находят тангенс угла наклоназависимости отрывной силы от толщины хрома на никеле, после чего по градуировочной зависимоститолщину никеля под хромом. По градуировочной зависимостинаходят отрывную силу в названной точке на поверхности непокрытого никеля, затем по разности отрывных сил на никеле без покрытия и под покрытием и по градуировочной зависимости этой разности от толщины хрома при найденномопределяют толщину хрома на никеле. Измерения проводятся одним преобразователем первое измерение дает величину сигнала, которая определяется общей толщиной хрома и никеля, второе - величину сигнала,которая определяется названной толщиной и толщиной немагнитной прокладки. Такая схема измерений не позволяет оптимизировать характеристики преобразователя, из-за чего погрешность измерения толщины никеля значительно возрастает с увеличением толщины хрома, особенно при наложении на покрытие немагнитной прокладки, тогда как погрешность измерения толщины хрома заметно увеличивается из-за влияния на информативный сигнал структуры и внутренних напряжений никеля, а также неровностей покрытия (прокладки). Более того, методика реализации способа является достаточно сложной. Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, - повышение точности контроля, расширение диапазонов измеряемых толщин. Сущность изобретения состоит в том, что контролируемый участок двухслойного хромоникелевого покрытия намагничивают до состояния магнитного насыщения никеля, измеряют величину индукции вторичного магнитного поля этого участка, зависящую только от толщины никелевого слоя под слоем хрома, и определяют указанную толщину по предварительно построенной градуировочной зависимости, связывающей ее с измеренной величиной, затем повторно намагничивают тот же участок покрытия до состояния ниже магнитного насыщения никеля, вновь измеряют величину индукции вторичного магнитного поля и по градуировочной зависимости этой величины от толщины слоя хрома,предварительно построенной при известной толщине никелевого слоя, равной определенной по результату первого измерения, определяют толщину слоя хрома. В изобретении используется магнитодинамический метод измерений 3-5, поэтому в информативном сигнале отсутствует постоянная составляющая, обусловленная первичным намагничивающим полем в результате обеспечивается высокая чувствительность при минимальной погрешности измерений в различных диапазонах толщин хрома и никеля. Благодаря намагничиванию никеля на всю его глубину до магнитного насыщения усиливается информативный сигнал, что повышает чувствительность к измеряемой толщине, а также практически полностью устраняется влияние на точность контроля структуры никеля и его внутренних напряжений. При повторном намагничивании никеля до состояния ниже магнитного насыщения информативный сигнал в некоторой степени зависит от толщины и свойств никеля, однако они учитываются при градуировке. Результат повторного измерения не содержит составляющей погрешности, обусловленной наличием зазора между прокладкой и покрытием, что также повышает точность контроля. При этом для градуировки можно использовать никелевые и немагнитные пластины разной толщины с определенными (в зависимости от требуемой точности измерений) характеристиками состояния их 2 12443 1 2009.10.30 поверхности, что снижает трудоемкость и ускоряет контроль. Изобретение позволяет контролировать любое двухслойное покрытие при условии, что относительная магнитная проницаемость его нижнего слоя намного больше относительных магнитных проницаемостей верхнего слоя и основания под покрытием, или при условии, что первая из названных проницаемостей невелика, а две другие практически равны единице (как, например, в случае хромоникелевого покрытия на немагнитном основании). На фиг. 1 изображена зависимость информативного сигнала 1 первого преобразователя от толщины никеля . На фиг. 2 показана зависимость информативного сигнала 2 второго преобразователя от толщины хромапри постоянной . Рассмотрим пример осуществления предлагаемого способа при послойном контроле толщины двухслойного хромоникелевого покрытия на медном основании. Измеряют заданный участок покрытия магнитодинамическим преобразователем для контроля толщины никеля и получают информативный сигнал 1 в рассматриваемом случае 11,52 отн. ед. По предварительно построенной градуировочной зависимости величины 1 от толщины никеляопределяют последнюю (фиг. 1) в настоящем примере 0,515 мм. Далее повторно измеряют тот же участок магнитодинамическим преобразователем для контроля толщины хрома и получают информативный сигнал 2 в данном примере 21,12 отн. ед. Затем на графике зависимости величины 2 от толщины хромавыбирают кривую, соответствующую найденной толщине , и по величине 2 с помощью этой кривой определяют толщину(фиг. 2) в данном случае 0,108 мм. Схема обоих преобразователей соответствует 6. Информативный сигнал возникает в витках измерительной катушки при отрыве преобразователя от контролируемой поверхности. При последующем удалении преобразователя на некоторое расстояние от этой поверхности сигнал интегрируется. По полученной интегральной величине судят об измеряемой толщине. Параметры первого преобразователя подобраны таким образом, что создаваемое им поле намагничивает никель в пределах заданного участка на всю глубину до состояния магнитного насыщения. В результате информативный сигнал преобразователя в заданных диапазонах толщины никеля и толщины хрома зависит только от первой, и эту толщину можно определить непосредственно по полученному результату измерения. Второй преобразователь создает первичное намагничивающее поле, в несколько раз меньшее поля первого, что обеспечивает намагничивание никеля до состояния ниже магнитного насыщения. В итоге информативный сигнал второго преобразователя зависит от толщины никеля и толщины хрома, однако влияние первой учитывается в процессе градуировки. Зависимость на фиг. 1 построена по измерениям следующих объектов 1 - мера никелевого покрытия толщиной 0,015 мм, 2 - 0,042 мм, 3 - 0,084 мм 4 - образец со слоем никеля толщиной 0,19 мм под слоем хрома толщиной 0,09 мм, 7 - соответственно 0,385 мм и 0,05 мм, 9 - 0,425 мм и 0,09 мм, 10 - 0,43 мм и 0,13 мм 5 - никелевая пластина толщиной 0,33 мм, 6 - 0,40 мм, 8 - 0,41 мм, 11 - 0,585 мм 12 - образец со слоем никеля толщиной 0,73 мм, 13 - 0,82 мм. Линейный характер этой зависимости при разных структурных свойствах никеля (их различие обеспечивалось технологией изготовления образцов фрезерование с последующими шлифованием и полированием, прокатка со степенью пластической деформации до 34 , электролитическое осаждение) и при разной толщине хромоникелевого покрытия подтверждает возможность контроля толщины никеля независимо от его структурного состояния под хромом и без него. На фиг. 2 представлены 1 - кривая для образцов с никелем толщиной 0,19 мм, 2 - 0,515 мм. Поскольку в данном случае установлено, что толщина 0,515 мм, определение толщиныпроизводится по кривой 2. Изобретение может быть использовано для раздельного контроля толщины двухслойных покрытий с различными магнитными свойствами. 12443 1 2009.10.30 Источники информации 1. Способ электромагнитного измерения толщины покрытий А.с. СССР 1434238,МПК 01 7/06 / И.Н. Антонов, В.Н. Дегтярев, Ю.Р. Владов и А.Н. Татарников.3992444/25-28 заявл. 02.10.85, опубл. 30.10.88 // Официальный бюллетень. - 1988.40. 2. Способ измерения толщины покрытий А.с. СССР 1111021, МПК 01 В 7/06 / В.А. Рудницкий, А.А. Лухвич и А.К. Шукевич. -3579778/25-28 заявл. 12.04.83, опубл. 30.08.84 // Официальный бюллетень. - 1984. - 32. 3. Лухвич А.А., Лукьянов А.Л. Динамическая магнитная толщинометрия, новые возможности и перспективы // Неразрушающий контроль и диагностика Тезисы докладовРоссийской научно-технической конференции. - Екатеринбург, 5-11 сентября 2005 г. 4. Лухвич А.А., Лукьянов А.Л., Шарандо В.И., Полоневич А.А. Первичные преобразователи динамических магнитных толщиномеров, расчет и экспериментальные исследования // Неразрушающий контроль и диагностика Тезисы докладовРоссийской научно-технической конференции. - Екатеринбург, 5-11 сентября 2005 г. 5. Устройство для неразрушающего контроля с посадочными магнитами патент на полезную модель 1030 РБ, МПК 01 33/00 / А.А. Лухвич, А.Л. Лукьянов заявитель ИПФ НАН Беларуси. -20030022 заявл. 22.01.2003, опубл. 30.09.2003 // Официальный бюллетень. - 2003. -3. - Ч. 2. - С. 309. 6. Лухвич А.А., Лукьянов А.Л. Новые магнитные толщиномеры на основе динамического метода измерения вторичных магнитных полей // 9--103-. - . - 2006. -90. - 6 . Фиг. 2 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4