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63 MESURES 759 - NOVEMBRE 2003 M esurer l’épaisseur d’une tôle métallique, d’un

63 MESURES 759 - NOVEMBRE 2003 M esurer l’épaisseur d’une tôle métallique, d’une paroi, d’une plaque de verre… tout le monde sait faire. Il existe une large variété de techniques pouvant répondre à ces applications.Des capteurs avec ou sans contact que l’on place devant la piè- ce,ou de part et d’autre de celle-ci,mesurent la distance entre le capteur et la surface de la pièce pour en déduire son épaisseur... Mais mesurer l’épaisseur d’un revêtement est une affaire autrement plus compliquée. Dans bien des cas, il s’agit de mesurer des centaines,voire des dizaines de micromètres. A cette échelle, l’état de surface de la pièce doit être pris en compte, tout comme l’ho- mogénéité du dépôt. De plus, certains revê- tements (tels que l’or ou l’émail) sont trop coûteux ou fragiles pour être mesurés avec des techniques destructives ou des capteurs à contact.Enfin,il est rare que l’on connais- se a priori l’épaisseur de la pièce avant la pose du revêtement, ce qui impose d’utiliser des méthodes de mesure absolues… La mesure d’épaisseur de revêtements est donc une discipline à part entière, avec ses particularités et ses contraintes. La plupart des méthodes que l’on utilise sont elles aus- si bien spécifiques. Si l’on s’intéresse uni- quement aux méthodes non destructives,on trouve ainsi des techniques magnétiques (basées notamment sur l’induction magné- tique et les courants de Foucault), des méthodes ultrasonore, optique, capacitive, et même spectrométriques (telles que la fluo- rescence X et la rétrodiffusion β). Les méthodes magnétiques sont les plus répandues.A l’origine,les premiers appareils basés sur ce principe utilisaient un aimant permanent. Le déplacement de l’aimant à l’intérieur de la sonde lorsqu’on l’approche d’un substrat ferreux fournit un signal de mesure proportionnel à la distance entre la sonde et le substrat,et donc à l’épaisseur du revêtement. Cette méthode, qui est encore utilisée sur certains appareils pour des appli- cations relativement simples,a peu à peu été remplacée par deux techniques dérivées : l’induction magnétique et les courants de Foucault.L’induction magnétique est utili- sée pour mesurer l’épaisseur de revêtements non magnétiques (tels que le vernis, la peintu- re,l’émail,le chrome,le zinc ou le cuivre) sur un support ferromagné- tique (le fer et l’acier principalement).La son- de comporte une bobi- ne excitée par un cou- rant alternatif.Lorsqu’on l’approche du support, elle crée un champ magnétique qui modi- fie à son tour l’induc- tance de la bobine, et donc la tension de sor- tie,proportionnellement à l’épaisseur du revête- ment. Le principe des cou- rants de Foucault est uide d’achat G En bref… L’épaisseur est l’un des pre- miers critères utilisés pour qualifier un revêtement. Pour la mesurer, il existe de nombreuses méthodes. Les plus courantes, basées sur un principe magnétique, assurent une mesure simple et rapide pour un coût relativement faible. D’autres méthodes, basées sur des rayonnements X ou β, permettent de répondre à une plus large variété d’applications. Le choix de l’une ou l’autre des techniques dépendra surtout de la nature du sub- strat, du revêtement, et des précisions attendues. M Qu’il serve à protéger une structure métallique de la corrosion, à embellir la coque d’un navire, ou à rendre un outil plus résistant à l’usure, un revête- ment se doit d’avoir “la bonne épaisseur” : il en faut assez pour qu’il joue pleinement son rôle, mais pas trop pour qu’il ne coûte pas trop cher ou qu’il n’altère pas les propriétés de la pièce… Pour contrôler cette épaisseur, il existe toute une panoplie d’outils, des techniques magnétiques aux méthodes spectrométriques en passant par le contrôle ultrasonore ou capa- citif. Mais tous ne conviennent pas aux mêmes applications et n’offrent pas les mêmes limites. Pour bien choisir, il faut prendre en compte la nature du revêtement, bien sûr, mais aussi celle du substrat, et le type de mesure que l’on souhaite réaliser… Fischer MESURES MÉCANIQUES Mesurer l’épaisseur d’un revêtement 64 MESURES 759 - NOVEMBRE 2003 Guide d’achat Les principales méthodes Principaux avantages Principales limitations Champ d’applications privilégié Induction magnétique - Simplicité et rapidité d’utilisation - Applications limitées aux substrats ferreux Tout revêtement non magnétique (tel que - Étendue de mesure pouvant aller jusqu’à - Sensible à la forme et à l’état de surface de la pièce vernis, peinture, émail, chrome, cuivre, plusieurs mm - Méthode à contact (ne convient pas zinc, etc.) sur support ferromagnétique - Coût relativement faible (à partir de 500€) pour les revêtements trop fragiles) (fer, acier) - Requiert une surface minimale de mesure (quelques dizaines de mm2) Courants de Foucault - Simplicité et rapidité d’utilisation - Convient aux couples substrat/revêtement GAvec la méthode de mesure de l’amplitude : (mesure de l’amplitude - Étendue de mesure pouvant aller jusqu’à de conductivité électrique différente tout revêtement électriquement isolant et/ou de la phase du signal) plusieurs mm (revêtements non conducteurs sur substrats tels que laque, peinture et revêtement - Coût relativement faible (à partir de 500 €) conducteurs idéalement) anodisé… sur métaux non-ferreux - Requiert une surface minimale de (aluminium, cuivre, zinc, laiton…) et acier mesure (quelques dizaines de mm2) inoxydable - Sensible à la forme et à l’état de surface de la pièce GAvec la méthode de mesure de la phase : - Méthode à contact (ne convient pas revêtements conducteurs non magnétiques pour les revêtements trop fragiles) sur bases ferreuses revêtements de haute conductivité sur matériaux peu conducteurs Ultrasons - Permet de mesurer l’épaisseur de revêtements - Coût plus élevé que les méthodes magnétiques - Plus adaptés à la mesure de l’épaisseur sur des substrats non métalliques tels que le verre, - Mesures parfois complexes des pièces le bois, le béton, les matériaux plastiques, etc. - Peu adapté aux faibles épaisseurs de - Mesure de l’épaisseur de peintures sur - Étendue de mesure de quelques dizaines de µm revêtements (<quelques dizaines de µm) plastique (pare-chocs automobile, par exemple), à quelques dizaines de mm - Sensible à l’état de surface des pièces revêtements sur béton, vernis sur bois, etc. (*) - Méthode à contact - Mesure d’épaisseur de trempe - Épaisseur de revêtement d’étanchéité sur du béton, etc.(*) - Mesure d’épaisseur de film humide (poudres avant cuisson)(*) Méthodes radiométriques Mesure indépendante de la nature du substrat - Coût (> 20000 €pour la fluorescence, Épaisseur des dépôts d’or en microélectronique, (fluorescence X et (en fluorescence X) > 12000€pour la rétrodiffusion β) analyse de matériaux multicouches rétrodiffusion β) Mesure de très fines épaisseurs (jusqu’au - Pas adapté à la mesure d’épaisseur de (dans le cas de la fluorescence X), mesure nanomètre) matériaux organiques de revêtements et substrats conducteurs Méthodes sans contact électriques, etc. (*) méthode d’interférométrie ultrasonore similaire,si ce n’est que la bobine est excitée par un courant alternatif de haute fréquence. Lorsqu’on l’approche d’un métal non ferreux, on génère des courants de Foucault qui vont à leur tour affaiblir par induction le champ de la bobine.La variation du champ est directe- ment proportionnelle à la distance entre la sonde et le métal. Contrairement à l’induc- tion magnétique,les courants de Foucault sont donc typiquement utilisés dans le cas de sub- strats non ferreux (tels que l’aluminium, le cuivre ou le zinc) pour mesurer l’épaisseur de tout revêtement isolant ou mauvais conduc- teur (laque,peinture,vernis…). Autres méthodes également reconnues dans le domaine des revêtements, la fluorescen- ce X et la rétrodiffusion β. Comme leur nom l’indique, toutes deux font appel à des rayonnements ionisants. Dans le cas de la fluorescence X,on “irradie”la pièce avec un faisceau de rayons X.L’énergie éjecte un élec- tron des couches internes des éléments tra- versés. Pour rétablir l’équilibre, un transfert d’électrons doit alors s’effectuer depuis les couches externes vers les couches internes.Ce mouvement se traduit par l’émission secon- daire d’un photon doté d’une énergie carac- téristique de l’élément étudié. La méthode permet ainsi de connaître la nature et la quantité des différents matériaux présents dans le revêtement. Dans le cas de la rétrodiffusion β,la pièce est bombardée par un faisceau d’électrons qui pénètrent plus ou moins profondément dans La plupart des appareils utilisés dans la mesure d’épaisseur de revête- ments sont basés sur un principe magnétique :l’induction magnétique ou les courants de Foucault.Ils sont par exemple utilisés dans le domaine de l’automobile,de l’aéronautique ou dans la micro-électronique… Testwell la matière, en fonction notamment de leur énergie et du numéro atomique du maté- riau.Une partie des électrons émis est absor- bée, l’autre est rétrodiffusée et comptabili- sée par un détecteur (plus le numéro atomique du matériau bombardé est élevé, plus il y a d’électrons rétrodiffusés). D’autres méthodes sont utilisées plus ponc- tuellement. C’est le cas notamment de la technique capacitive. Le capteur et la pièce (un conducteur électrique quelconque) for- ment les deux plaques d’un condensateur. Sa capacité mesurée avant et après applica- tion du revêtement (un autre matériau conducteur électrique) permet de déduire l’épaisseur du revêtement. Le contrôle par ultrasons, que l’on utilise généralement pour mesurer l’épaisseur de pièces ou de parois,peut lui aussi convenir à certaines mesures d’épaisseur de revêtements, en particulier sur des supports non métal- liques (verre, plastique, bois, béton…). Le principe utilisé est souvent basé sur la mesu- re du temps aller/retour mis par une onde ultrasonore pour arriver aux uploads/s3/ 759-guide.pdf