Các phương pháp đo chiều dày lớp mạ phổ biến hiện nay

Bài viết giới thiệu 6 phương pháp đo chiều dày lớp mạ phổ biến gồm: đo từ tính, dòng điện xoáy, sóng siêu âm, huỳnh quang tia X (XRF), cắt lớp và điện hóa: 

• Phương pháp đo từ tính: Dựa trên sự thay đổi của từ trường khi đo khoảng cách giữa đầu dò và vật liệu nền, phù hợp với lớp mạ phi từ trên nền kim loại từ tính.
• Phương pháp dòng điện xoáy: Ứng dụng nguyên lý cảm ứng điện từ để xác định độ dày lớp phủ trên nền kim loại không từ tính, thao tác nhanh, không phá hủy mẫu.
• Phương pháp sóng siêu âm: Sử dụng xung siêu âm phản hồi từ bề mặt lớp phủ và nền để tính toán độ dày, đo được cả lớp mạ trên nhiều loại vật liệu khác nhau.
• Phương pháp huỳnh quang tia X (XRF): Phân tích tín hiệu huỳnh quang phát ra khi tia X chiếu vào vật liệu, cho phép xác định đồng thời thành phần và độ dày lớp mạ với độ chính xác cao.
• Phương pháp cắt lớp: Cắt vuông góc mẫu mạ và quan sát qua kính hiển vi để đo trực tiếp chiều dày lớp phủ, độ chính xác cao nhưng phá hủy mẫu.
• Phương pháp điện hóa: Dựa trên sự thay đổi điện thế khi dòng điện đi qua lớp mạ, phù hợp cho lớp phủ mỏng như vàng, bạc, đồng trong lĩnh vực điện tử

Cụ thể, mời bạn tiếp tục theo dõi bài viết để cập nhật những thông tin hữu ích nhất!

Phương pháp đo từ tính

Với phương pháp đo độ dày lớp mạ từ tính, máy sẽ sử dụng cuộn dây cảm biến tạo ra trường từ trên bề mặt vật liệu sắt từ. Khi trường từ đi qua lớp phủ không từ tính (sơn, nhựa, cao su, kẽm…) cường độ sẽ giảm dần theo độ dày lớp phủ. Hệ thống điện tử của máy sẽ ghi nhận sự thay đổi này và hiển thị kết quả đo chính xác chỉ trong vài giây.

Phương pháp này thường được sử dụng để đo lớp phủ không từ tính như sơn, nhựa, kẽm, crom... trên các bề mặt nền từ tính như thép hoặc sắt. Nhờ khả năng đo nhanh, chính xác (sai số chỉ ±1–2 µm) và thao tác dễ dàng, phương pháp này được ứng dụng rộng rãi trong các ngành sản xuất cơ khí, mạ kim loại, kiểm định sơn phủ và kiểm tra chất lượng thép.

Tuy nhiên, phương pháp này vẫn có hạn chế khi không thể áp dụng cho các vật liệu nền không từ tính như đồng, nhôm,... Ngoài ra, để đảm bảo độ chính xác cao, thiết bị cần được hiệu chuẩn định kỳ.

Phương pháp dòng điện xoáy

Phương pháp đo chiều dày lớp mạ bằng dòng điện xoáy (Eddy Current) hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ trong vật liệu dẫn điện. Khi đầu dò của máy phát ra từ trường xoay chiều, nó tạo nên dòng điện xoáy trong bề mặt nền kim loại. Cường độ của dòng điện này sẽ thay đổi tùy theo độ dày của lớp phủ không dẫn điện ở phía trên. Từ đó, thiết bị xác định và hiển thị chính xác độ dày lớp mạ.

Phương pháp này phù hợp để đo các lớp phủ không dẫn điện như sơn, nhựa hoặc lớp anod trên các kim loại không sắt từ như nhôm, đồng hay hợp kim. Đây là kỹ thuật được ứng dụng trong hầu hết các model máy đo độ dày lớp phủ dùng để kiểm tra bề mặt vật liệu trong công nghiệp, hàng không, sản xuất ô tô và chế tạo cơ khí chính xác.

Song, phương pháp dòng điện xoáy lại không thể áp dụng với vật liệu cách điện và yêu cầu người sử dụng phải hiệu chuẩn máy theo từng loại kim loại nền. 

Xem thêm: Máy đo độ dày là gì? Ứng dụng của máy đo độ dày vật liệu

Đo chiều dày lớp mạ bằng sóng siêu âm

Phương pháp siêu âm (Ultrasonic) là kỹ thuật đo độ dày lớp phủ dựa trên việc phân tích sóng âm phản xạ. Máy phát ra sóng siêu âm truyền qua lớp phủ, gặp bề mặt nền sẽ phản xạ lại, và cảm biến thu lại tín hiệu này. Từ thời gian phản hồi và tốc độ âm thanh trong vật liệu, máy đo độ dày sẽ xác định được độ dày chính xác của lớp phủ, kể cả trên các bề mặt gồ ghề hoặc nhiều lớp.

Phương pháp siêu âm có thể đo được lớp phủ trên cả vật liệu kim loại và phi kim loại như thép, nhôm, nhựa, gỗ hay bê tông. Với độ chính xác cao (±1–10 µm) và khả năng đo trên vật liệu dày, phương pháp này được ứng dụng phổ biến trong ngành hàng hải, dầu khí, chế tạo thiết bị áp lực và xây dựng công nghiệp.

Tuy nhiên, khi sử dụng máy siêu âm chiều dày kim loại, bạn cần chuẩn bị bề mặt tiếp xúc phải sạch, phẳng và có sử dụng dung môi trung gian để truyền sóng. Ngoài ra, thời gian hiệu chuẩn có thể kéo dài hơn, nhưng bù lại, kết quả đo siêu âm mang lại độ tin cậy cao, phù hợp cho các ứng dụng cần độ chính xác lớn.

Phương pháp huỳnh quang tia X

Phương pháp huỳnh quang tia X đo chiều dày lớp mạ bằng cách phân tích tín hiệu huỳnh quang phát ra khi tia X chiếu vào bề mặt vật liệu. Khi đó, các nguyên tử trong lớp phủ bị kích thích và phát ra tia huỳnh quang đặc trưng cho từng nguyên tố. Dựa vào cường độ và phổ năng lượng của các tia này, thiết bị có thể xác định chính xác độ dày của lớp mạ cũng như thành phần vật liệu tạo nên lớp phủ.

Điểm đặc biệt của phương pháp XRF là khả năng đo không phá hủy, phù hợp với hầu hết các loại vật liệu, bao gồm cả kim loại và phi kim loại. Phương pháp này cũng cho độ chính xác cao, sai số chỉ ±2–5 µm và là một trong các giải pháp tiên tiến nhất hiện nay. 

Trong thực tế, phương pháp huỳnh quang tia X được ứng dụng rộng rãi trong ngành mạ kim loại, sản xuất linh kiện điện tử, chế tạo vi mạch và kiểm soát chất lượng bề mặt. Tuy nhiên, bạn cần cân nhắc khi đầu tư bởi chi phí ban đầu cao, cấu tạo phức tạp và yêu cầu kỹ thuật vận hành chuyên sâu.

Đo độ dày lớp mạ bằng phương pháp cắt lớp

Phương pháp cắt lớp yêu cầu người đo tiến hành cắt một mặt phẳng vuông góc với lớp phủ và vật liệu nền sau đó dùng kính hiển vi quang học hoặc kính hiển vi điện tử để quan sát và đo đạc. Kỹ thuật này cho kết quả có độ chính xác rất cao, thường được dùng làm chuẩn để hiệu chuẩn hoặc đối chiếu với các phương pháp đo gián tiếp khác.

Đo độ dày lớp mạ bằng phương pháp cắt lớp phù hợp với hầu hết các loại vật liệu, kim loại, phi kim loại, đặc biệt là những mẫu có lớp phủ dày hoặc yêu cầu phân tích chi tiết cấu trúc bề mặt. Tuy nhiên, do quá trình thực hiện cần cắt mẫu và quan sát bằng thiết bị quang học nên sẽ gây tổn hại đến sản phẩm và không thể áp dụng cho các mẫu cần giữ nguyên trạng. 

Dù tồn tại nhiều hạn chế, phương pháp cắt lớp vẫn được ứng dụng phổ biến trong nghiên cứu vật liệu, kiểm định chất lượng lớp mạ trong phòng thí nghiệm, hoặc trong các quy trình kiểm chứng độ chính xác của các phương pháp đo không phá hủy như từ tính, dòng điện xoáy hay XRF.

Phương pháp điện hóa

Phương pháp đo chiều dày lớp mạ bằng điện hóa hoạt động dựa trên nguyên lý thay đổi điện thế khi dòng điện đi qua lớp phủ. Khi lớp mạ bị hòa tan dần trong dung dịch điện phân, thiết bị sẽ ghi nhận sự biến thiên điện thế theo thời gian và tính toán độ dày lớp mạ tương ứng.

Phương pháp này được áp dụng chủ yếu cho các vật liệu nền kim loại có lớp phủ như vàng, bạc, đồng hoặc niken. Nhờ đặc tính đo trực tiếp và thiết bị đơn giản, phương pháp diện hóa thường có chi phí thấp và thao tác thực hiện tương đối dễ dàng, phù hợp cho các phòng kiểm định hoặc cơ sở sản xuất quy mô nhỏ.

Dù vậy, do yêu cầu tiếp xúc trực tiếp với mẫu, phương pháp này có thể gây hư hại bề mặt và không thích hợp cho lớp mạ dày hoặc các sản phẩm cần giữ nguyên hình dạng. Hiện nay, kỹ thuật này được sử dụng phổ biến trong ngành điện tử, mạ kim loại trang sức và sản xuất linh kiện có yêu cầu kiểm soát lớp mạ chính xác.

So sánh các phương pháp đo chiều dày lớp mạ

Để giúp bạn so sánh và lựa chọn được phương pháp đo chiều dày lớp mạ phù hợp với nhu cầu kiểm tra thực tế, bạn có thể tham khảo bảng so sánh dưới đây: 

Trên đây, THB Việt Nam đã chia sẻ các phương pháp đo chiều dày lớp mạ phổ biến hiện nay bạn có thể tham khảo. Hy vọng những thông tin này sẽ giúp bạn có thêm nhiều thông tin hữu ích!