19.1.1. Поверка толщиномеров
Поверка толщиномеров плёнок должна производиться по образцовым мерам толщины плёнок, представляющим собой плоские или цилиндрические детали на поверхности которых нанесены плёнки определённой толщины в виде ступенек.
Толщина плёнки образцовой меры аттестуется с помощью прямых методов измерения с погрешностью не более 1-2%.
19.1.2. Оптические методы измерения толщины плёнок
Эти методы в последнее время получили широкое применение при нанесении тонких покрытий. Их можно применять при условии, что плёнка обладает хорошими оптическими свойствами и нанесена на хорошо подготовленную поверхность подложки при измерении толщины прозрачной плёнки необходимо определить показатель преломления.
Оптические методы – это в основном лабораторные методы. Для измерения толщины плёнок применяют следующие методы: поляризационный, метод определения толщины подсвета окраски плёнки, интерференционный, светового сечения, теневого сечения.
Поляризационный метод заключается в том, что линейно поляризованный свет, падающий под косым углом на поверхность детали, покрытый плёнкой, после отражения становится оптически поляризованный. По степени и роду поляризации можно судить о толщине измеряемого слоя. При измерении показателя воздуха с погрешностью 1,5-2 % погрешность определения толщины составляет 4-5 %.
Метод определения толщины плёнки по цвету её окраски состоит в том, что при направлении когерентных лучей на прозрачную плёнку в ней будут наблюдаться полосы смешенной окраски, которая изменяется с изменением толщины плёнки показателя преломления и угла падения лучей. Толщина плёнки определяется по формуле:
,
(19.1)
где h - толщина плёнки в мкм;
d0 - толщина воздушного зазора в мкм;
n - показатель преломления плёнки (по справочным данным).
С помощью микроинтерферометров для определения шероховатости поверхности можно определить толщину прозрачной плёнки от 0,03 до 2 мкм. Интерферометр с компенсатором А.И. Карташова позволяет расширить пределы измерения до 40 мкм. Погрешность определения толщины плёнки составляет 10-30 %.
19.1.3. Физические разрушающие методы измерения толщины плёнок (покрытия)
К указанным методам относятся металлографический (микроскопический) метод и метод хорды.
Металлографический метод основан на определении толщины покрытия на поперечном шлифе с помощью микроскопа с увеличением 20-1000 крат. Этот метод применяется для определения толщины однослойных многослойных электролитических и анодированных покрытий.
Для измерения толщины плёнок до 20 мкм рекомендуется пользоваться микроскопом с увеличением 500-1000 крат, а для толщины более 20 мкм – с увеличением 200 крат. Для измерения толщины плёнки изготавливают шлиф с поперечным размером в соответствии с ГОСТ 16875-71. Полученный шлифт обезжиривают и в случае необходимости травят специальным раствором. Затем с помощью металлографического микроскопа определяют толщину плёнки, произведя не менее трёх измерений по всей длине шлифа. Среднее арифметическое значение из трёх измерений составит толщины плёнки.
Сущность метода хорды состоит в том что измеряемую деталь (рис. 19.4) надрезают шлифовальным кругом для появления подложки.
Затем с помощью лупы или измерительного микроскопа измеряется ширина среза (с). Толщина покрытия h определяется по формулам:
для плоской поверхности (рис.19.4,а)
;
(19.2)
для цилиндрической поверхности (рис. 19.4,б)
,
(19.3)
где R1 - радиус кривизны контролируемого участка детали;
R2 - радиус шлифовального круга.
с
h
с
h
а)
б)
Рис. 19.4. Метод
хорды |
Для выполнения среза рекомендуется применять шлифовальные круги зернистостью не менее 60-80, диаметром 150-200 мм, шириной 4-12,5 мм.
Метод хорды следует применять в основном для контроля толщины плёнок многослойных покрытий. Это – метод лабораторный.