凌國偉 *，李光

（1.武漢材料保護研究所，湖北 武漢 430030；2.武漢恒順材料表面技術(shù)中心，湖北 武漢 430017）

庫侖測厚儀非常適合測量較薄的導(dǎo)電性鍍層，其特點是性價比高、使用方便，因而在電鍍行業(yè)、五金行業(yè)獲得了廣泛應(yīng)用。

在實際使用過程中，操作者有時感覺測量有較大誤差卻又不清楚問題在哪，或是感覺操作正常，自認為測量結(jié)果很準確，但其實存在較大問題。本文就庫侖測厚儀使用中常見的一些問題和注意事項進行分析。

1 裝飾鉻測量要求在測量結(jié)束后人工控制再電解5～10 s

這種操作是錯誤的！得不到準確的鍍層厚度結(jié)果。測量必須一次完成，清洗、擦拭后立即轉(zhuǎn)入下一層測量。其原因分析如下：

裝飾鉻層是常見鍍層，是許多產(chǎn)品的最外鍍層。產(chǎn)品質(zhì)量要求鍍鉻層必須達到規(guī)定的厚度。裝飾鍍鉻層比其他鍍層薄，一般在0.05～0.50 μm，較厚的會接近1 μm。大部分實際產(chǎn)品的裝飾鍍鉻層厚度都在0.05～0.30 μm 之間。

庫侖法測量厚度依據(jù)的原理是：用適當?shù)碾娊庖宏枠O溶解精確限定面積的覆蓋層，電解池電壓的急劇變化表明覆蓋層實質(zhì)上的完全溶解，通過所耗的電量計算出覆蓋層的厚度。圖1 是鍍鉻層的典型測量電位曲線。

圖1 典型的鍍鉻層厚度測量電位曲線Figure 1 Potential variation curve for measurement of the thickness of a typical electroplated chromium coating

從圖1 可看到，陽極溶解鉻時的起始電位大約在2.2 V，鉻鍍層溶解完之后電位上升到2.7 V 左右。

所謂電壓的變化是在起始的陽極溶解電壓的基礎(chǔ)上發(fā)生變化。實際上鍍層的陽極溶解電壓受到環(huán)境溫度、電解池清潔程度等因素的影響。冬季測量時陽極溶解電位較高，而夏季測量時電位較低。因而傳統(tǒng)的庫侖測厚儀經(jīng)常碰到的問題是：冬季開測即停，夏季不能自動停機，春秋季測量一般正常。儀器需要一年四季使用怎么辦？因此，一些生產(chǎn)廠家沒有其他辦法，為了能夠自動停機，只能將儀器的截止電位設(shè)定得較低。當測量離鍍層完全溶解還有較大差距時就自動停止了測量。這時顯示的測量數(shù)值與鍍層的真實厚度會有較大誤差，而且這個誤差完全是人為的。因為鍍鉻層本來較薄，這樣操作的人為誤差可能達到50%甚至更高。如果下面多層鎳的鍍層存在鎳封，這樣的操作會影響鎳封厚度的準確測量。鍍鉻層雖薄，但殘留的鉻會嚴重影響后續(xù)鎳鍍層的測量。為了解決這個問題，他們要求操作者再人工電解5～10 s。而這完全依靠操作者自己掌握，沒有準確的度量，不僅使得鉻鍍層測量不準確，而且影響后續(xù)鍍鎳層的測量。

對于正規(guī)的儀器設(shè)計，上面的做法絕不允許，必須考慮科學(xué)、正確的方法！對于某些設(shè)置有可觀察陽極溶解電位和多測量檔位的儀器，通過觀察陽極溶解電位來確定停止測量時刻，只是操作稍嫌麻煩。能夠?qū)崿F(xiàn)測量的智能判定的儀器當然是最好的。人為地選擇較低的截止電位測量，然后再人工強行電解5～10 s的做法不可取。

2 調(diào)整所謂的儀器“靈敏度”

一些庫侖測厚儀在測量中遇到不能自動停機，或是自動停機后發(fā)現(xiàn)鍍層尚未測量完，殘留較多，甚至完全沒有露出下一鍍層(或基材)，便要求用戶嘗試調(diào)整儀器上的一個旋鈕，即調(diào)整所謂儀器的“靈敏度”。

其實，這個旋鈕是一個電位器，用來調(diào)整測量時的截止電位高些或是低些。采用此方法有兩個問題：一是盲調(diào)，二是無法兼顧其他鍍層。因為在不同的環(huán)境溫度下或不同的條件下，截止電位的變化幅度是不同的。例如，當環(huán)境溫度較低時，鍍鉻層的起始陽極溶解電位會達到2.6 V 甚至更高。而當環(huán)境溫度較高時，鍍鉻層的起始陽極溶解電位會低到2.0 V。只能一點點嘗試調(diào)高或調(diào)低，而且下一次測量陽極溶解電位可能又發(fā)生變化。此外，鍍層種類是多樣的，其測量規(guī)范不盡相同，截止電位變化更是相差較大。即使調(diào)整好某一鍍層，另一鍍層測量又會有問題。如果每種鍍層的測量都要設(shè)置“靈敏度”，儀器操作就會復(fù)雜、混亂。

因此，庫侖測厚儀設(shè)置所謂“靈敏度”旋鈕完全是沒有辦法的辦法，既不科學(xué)又造成操作復(fù)雜！采取了正確設(shè)計的庫侖測厚儀，根本不需要調(diào)整所謂“靈敏度”，完全能夠適應(yīng)環(huán)境溫度和其他因素變化造成的陽極溶解電位變化對測量的影響。例如，通過儀器硬件改變來監(jiān)測、補償外界因素變化而達到測量條件的相對不變；儀器軟件采用人工智能算法，自動適應(yīng)各種復(fù)雜情況等。操作仍要簡單，但儀器的智能性高。

3 測量結(jié)束后若發(fā)現(xiàn)鍍層沒有露底就繼續(xù)測量

對于正常的儀器測量，這應(yīng)當不會出現(xiàn)。按照庫侖法測厚原理，當電解到達下一鍍層時電位才會發(fā)生較大變化，這時儀器自動停止測量。為什么在尚未達到下一鍍層時，電位就發(fā)生較大變化？其中一定存在某些特殊原因！例如，儀器的攪拌出現(xiàn)問題會導(dǎo)致極化電位上升而停止測量。所以，必須按照正確的途徑解決測量問題，否則無法得到正確的測量結(jié)果。

庫侖測厚儀在測量開始階段，與被測量表面作用會有一個短暫的過渡期。一完整的鍍層采用不連續(xù)的分期測量會加大測量誤差。如果還有其他因素影響，例如上述的極化電位上升，更會使得測量結(jié)果誤差很大。因此，找到測量過程中存在的確實原因才是解決不能連續(xù)測量的正道！

4 為了測量較小工件而隨意更改測量頭的孔徑

這個問題非常嚴重！庫侖測厚儀的測量頭孔徑不是隨便確定的。從測量誤差角度考慮，庫侖測厚儀測量的相對誤差與測量頭的孔徑成反比，即孔徑大則測量相對誤差較小。但較大的孔徑不適合測量較小的樣品，因而也不能隨意設(shè)計較大孔徑的測量頭。隨意縮小測量頭孔徑所引起的問題更多，不僅會導(dǎo)致較大的測量誤差，而且會引起測量過程中的其他問題。例如，隨意更改為較小孔徑測量頭而沒有對電解杯組件采用整體設(shè)計，導(dǎo)致日常操作測量誤差波動很容易超過20%。特別是當庫侖測厚儀在環(huán)境溫度較低的條件下使用時，小孔徑測量頭引起的濃差極化使鍍層部分溶解甚至尚未溶解就停止測量。所以，儀器的設(shè)計者不能為了測量小工件而隨意減小測量頭孔徑，用戶自行更換其他孔徑的測量頭更是不被允許。

5 結(jié)語

任何問題的發(fā)生都有其內(nèi)在原因。必須詳細分析其原因，再以此尋求科學(xué)和正確的解決辦法。例如上述問題就可先通過改進儀器硬件，設(shè)置溫度補償，并改進軟件來解決，而不是采取所謂“權(quán)宜之計”。再比如，有些鍍層測量結(jié)束時電位是下降的(例如鋼鐵上直接鍍多層鎳)。這種情況下，大部分儀器需要人工停止測量，而有的儀器卻可以自動停止測量。作為儀器生產(chǎn)廠家，必須努力提高技術(shù)水平，為用戶提供更好的儀器，做到可靠、準確、智能化。作為用戶，應(yīng)當了解儀器的基本原理，正確地使用和操作，才能獲得正確的測量結(jié)果。