测定复合材料上的涂层的厚度的方法

摘要

本发明涉及一种通过应用感生电流测定复合材料上的涂层的厚度的方法，其特征在于，该复合材料及其涂层被放置在导电材料上，其中建立由交变磁场感生的循环电流，随后基于该涂层及该复合材料在感生电流中出现对上述导电材料的剥离效应的测量，进行间接测量。

权利要求

1.一种用于测定复合材料上的涂层的厚度的测量方法，其特征在于，所述测量方法包括以下步骤：-将所述复合材料及其涂层安置在平面结构上，以使所述复合材料在测量区域内具有恒定厚度并包括无涂层区域；

-将所述复合材料的无涂层侧安置在具有恒定厚度的导电材料薄片上；

-通过多通道类型感生电流生成设备在所述导电材料上生成感生电流；

-选择低频且高穿透力Donut类型探针进行所述测量，调整其增益至所述测量中所需的调整；

-通过使用所述探针测量所述复合材料的所述无涂层区域，以进行所述方法的零点校正；

-通过使用所述探针测量已校正的复合材料纤维，以进行参比校正；

-使用所述探针进行所述复合材料及其涂层的测量；

-基于所述涂层和所述复合材料在感生电流中出现对所述导电材料薄片的剥离效应的测量，考虑当感生电流从所述电流生成设备离开时，所述电流横穿所述复合材料和所述涂层时的强度降低的影响的情况下，测定所述复合材料的所述涂层的厚度，其中所述复合材料是碳纤维。

2.根据权利要求1所述的用于测定复合材料上的涂层的厚度的测量方法，其特征在于，所述涂层的厚度的范围为20到300μm。

3.根据权利要求1所述的用于测定复合材料上的涂层的厚度的测量方法，其特征在于，所述导电材料具有大于或等于2mm的恒定厚度。

说明书

测定复合材料上的涂层的厚度的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种通过应用感生电流测定复合材料上的涂层的厚度的方法。 背景技术

[0002] 感生电流或涡电流(也称为寄生电流或傅科电流)是由交变磁场在绝缘导体内感生的循环电流。在交变磁场穿过绝缘材料的情况下，在上述非导电材料上不感生涡电流。 [0003] 当前熟知的是使用感生电流作为测定导电金属上的非导电涂层厚度或磁性金属上的非磁性金属涂层厚度的非破坏性的测试方法。然而，目前没有应用感生电流测量复合材料例如碳纤维上的厚度的可靠方法，因为这种材料虽然是导体，但具有非常低的电导率。 [0004] 其它类型的技术，例如超声波技术，目前已经被提议作为用于测定复合材料上的厚度的非破坏性测试方法，但是这一类型的技术使用非常复杂的设备并且不提供可靠的结果。

[0005] 本发明是针对这些缺点的解决方案。

发明内容

[0006] 本发明提出一种用于测定复合材料例如碳纤维上的涂层的厚度的间接测量方法，该方法包括以下步骤：

[0007] -将复合材料及其涂层安置在平面结构上，以使其在测量区域内具有恒定的厚度并且包括无涂层区域；

[0008] -将复合材料的无涂层侧安置在恒定厚度的导电材料薄片上；

[0009] -通过多通道类型的感生电流生成设备在导电材料上生成感生电流； [0010] -选择低频且高穿透力的探针进行测量，调整其增益至测量中所需的调整(adjustment)；

[0011] -通过使用所述探针测量复合材料的无涂层区域执行该方法的零点校正； [0012] -通过使用所述探针测量已校正的复合材料纤维执行参比校正； [0013] -使用所述探针执行复合材料及其涂层的测量；

[0014] -基于涂层和复合材料在感生电流中出现对导电材料薄片的剥离效应的测量，考虑当感生电流从该电流生成设备离开时，该电流横穿复合材料和涂层时的强度降低的影响的情况下，测定复合材料的涂层的厚度。

[0015] 本发明的其它特征和优点将在下面与附图相关的对其主题的示例性实施方案的详细描述中揭示。

附图说明

[0016] 图1示出了本发明测量方法对象的零点校正在屏幕上的表示。

[0017] 图2示出了使用175μm迈拉(Mylar)聚酯薄片作为参比的本发明测量方法对象的校正在屏幕上的表示。

[0018] 图3示出了用于测试本发明测量方法对象的测试片。

[0019] 图4示出了显示具有纹理表面的复合材料的粗糙度的显微照片，这样的粗糙度构成了本发明测量方法的附加困难。

[0020] 图5a-d示出了在用本发明测量方法检查的测试片中的一个上进行的显微照片。 [0021] 图6示出了用本发明的方法对象检查的测试片的测试获得的结果曲线与实际数据的比较。

[0022] 图7示出了根据本发明的测量方法，测量探针在待测量的复合材料上的放置。 [0023] 发明详述

[0024] 本发明开发的用于测定复合材料例如碳纤维上的涂层厚度的方法包括：在考虑复合材料或碳纤维相对于平面金属薄片例如铝合金薄片的剥离的情况下进行的间接测量。 [0025] 本发明描述的方法可以被应用于从20μm变化到300μm的宽范围的涂层厚度，原因是它们决不能太厚以致于此处所提出的低频技术无法穿过它们。

[0026] 碳纤维的厚度薄，大体上为1到5mm，从而允许在涂层厚度的测量中获得非常可靠的结果，原因是它们在分离变量法中具有更大的相对重要性。

[0027] 铝薄片必须具有合适的厚度，优选大于2mm并且必须没有被电镀。在不同的处理情况下，2024、7075薄片等适合于执行校正以及因此的测量。

[0028] 用本方法获得的结果与在所论述(conflict)情形中测定的显微照相的切割测量结果进行比较。实施例

[0029] 在本发明的一个特定的实施方案中获得的结果如下所述，使用多通道Zetec MIZ-40A作为感生电流设备，使用莱卡Q 550MW图像分析器作为显微设备，以及使用绝对Donut Nortec/R/100Hz-1kHz/.50-1.00英寸，P/N 9215653/S/N FO4173类型的具有以下特性的探针作为测量探针：

[0030] -频率：950Hz

[0031] -角度：233°

[0032] -增益：41dB

[0033] -水平等级：2.0V/D

[0034] -竖直等级：0.4V/D

[0035] -驱动：16

[0036] 首先，利用无涂料的碳纤维测试片的末端，这是在这种特定情况下被测量的涂层，进行零点校正。如在图1中能够看到的，示出了该设备在屏幕上的显示，并且其中阻抗矢量角度或相位已经被调整到233°，以获得假设剥离效应被测量时的竖式表示，递减(descending)的竖直线被定位在屏幕的第一正方形高度内，因此达到相应于无涂料的碳纤维测试片也就是相应于校正零的1个正方形(从总共8个里面选出)的高度。 [0037] 然后，如图2所示，校正是基于在碳纤维测试片上的175μm校正的迈拉类型聚酯薄层进行的。剥离达到屏幕上6个正方形高度，因而发生5个正方形的变化。在本校正中屏幕的五个正方形因此等价于175μm(1个正方形＝35μm)。能够取决于要测量厚度的界限(margin)，用足够的振幅校正该设备，以使得能够在各种特殊情形下调整校正。

[0038] 在图3中可以观测用于测试的测试片之一，该测试片包括5个工作区域：1.-黑色无涂料区域(为校正该设备的零点)；2.-第一白色涂料层；3.-第二黄色涂料层；4.-第三灰色涂料层及5.-第四浅蓝色涂料层。一旦先前的校正被执行，具有零调整和175μm迈拉类型聚酯薄片参比，在不同测试片中的每一层的厚度的读出被执行，将读数与绝对显微照片测量作比较。

[0039] 图3的被检查的测试片具有1.6mm的标称纤维厚度。更小的或更大的厚度显然需要调整在与厚度同一方向上的低频探针增益以达到同样的振幅。因而，例如，3.2mm的纤维厚度需要44dB替代先前校正中所使用的41dB。

[0040] 另一个要考虑的重要问题是要被检查的碳纤维的精整表面。具有纹理表面的复合材料是非常粗糙的，并且这样可能使得非常薄的涂层厚度难以测量，特别是如果考虑所述纤维的相当大的厚度的情况。对于小的厚度，正如在这个实施例中(1.6mm)，这一事实能够通过用探针在纤维和铝载体薄片上施加压力而被最小化，以及得益于所使用的Donut类型探针的宽圆形构造。

[0041] 因而，图4的显微照片表示了具有纹理表面的复合材料的粗糙度，该粗糙度达到差不多125μm的最大值。

[0042] 此方法中的另一个有关的问题是校正零点的重要性，其必须在每一次测量之间被执行，目的在于尽可能地避免可能在其中干扰的波动。这使得在每次读数之前必需校正零点。

[0043] 以下的表1显示了在测量界限中，通过本发明的感生电流方法测试的测试片中获得的结果对这些测试片的显微照相的切割的实际数据，以及本方法的校正中使用的两个迈拉类型的参比聚酯薄片。

[0044] 表1

[0045]

[0046] 迈拉：195/193 18.9/17.5 单位：μm

[0047] 关于图6，显示了获得的结果的线性曲线，可以观察到在工作界限(40和140μm)的调整更大和在中心区域(70和100μm)的离散更大，很可能是由于在第2和第3涂料层缺少均匀性以及由于纤维的粗糙度的影响(incidence)相对更大，因为纤维具有纹理表面。然而，如果考虑前述的(starting)限制，该调整是足够好并且精确的。 [0048] 因而，本发明开发的通过使用感生电流测定复合材料上的涂层厚度的方法，具有以下详述的主要特征：

[0049] -测量是间接的，考虑了作为从平面铝合金薄片上的剥离形式的碳纤维涂层及涂料涂层；

[0050] -通常的平面结构允许接近纤维的两侧；

[0051] -材料的无涂料区域需要校正测量方法的零点；

[0052] -零点校正必须在任何测量前进行，其目的在于避免该方法可能的波动； [0053] -纤维的厚度越大，测量探针必需的增益越大；

[0054] -使用低频Donut类型探针是必要的，同时该频率使得该探针具有高穿透力；以及 [0055] -获得的调整依赖于所使用探针的增益，大约在15μm。

[0056] 包括在后附权利要求限定的范围内的修改可以被列入在刚才描述的优选实施例中。