Appareil de mesure d'épaisseur de couche

Un appareil de mesure d'épaisseur de revêtement est un instrument scientifique dédié au mesurage de l'épaisseur de couches sur un matériau de base appelé substrat ou support.

La mesure d'épaisseur de revêtement (coating thickness measurement en anglais) est une discipline très utile de la science des matériaux.

L'épaisseur fait partie des critères essentiels de caractérisation d'un revêtement. Une épaisseur minimum de couche(s) sur une pièce est requise pour garantir des propriétés physiques, électriques, mécaniques ou esthétiques.

Les domaines d'applications typiques sont les industries automobile et aéronautique, la micro-électronique, les entreprises de peinture et de thermolaquage, la galvanoplastie, etc.

Principes de mesure

Un appareil de mesure d'épaisseur de revêtement est basé, en contrôle non destructif, sur un principe qui peut être :

• magnétique : induction magnétique ou courants de Foucault ;
• ultrasonore ;
• spectrométrique : fluorescence X ou rétrodiffusion béta ;
• capacitif.

L'analyse optique et la coulométrie sont des principes utilisés en contrôle destructif.

Dans certains cas, une épaisseur moyenne peut être calculée en mesurant simplement par pesée la masse surfacique du revêtement ; sa masse volumique doit être connue.

Exemple : méthode magnétique

Nature des matériaux

Les appareils les plus courants (et aussi les plus compacts et les plus économiques) réalisent les mesures suivant la méthode magnétique. Deux catégories se présentent, différenciées par la nature du substrat :

• induction magnétique, pour la mesure de l'épaisseur de revêtement de toutes les couches non magnétiques sur substrat ferromagnétique. Par exemple : isolants électriques (peinture, laque, vernis, matière plastique, émail) ou métaux non magnétiques (zinc, chrome, cuivre, laiton, bronze, certains aciers inoxydables, aluminium, titane) sur le fer ou l'acier. La mesure d'épaisseur dépend de la perméabilité magnétique du support ;
• courants de Foucault (eddy current en anglais), pour la mesure typique de l'épaisseur d'un revêtement isolant ou mauvais conducteur électrique sur métal (ou alliage) non ferreux ou sur certains aciers inoxydables. La mesure est permise si les conductivités électriques du revêtement et du support sont suffisamment différentes.

Remarque : l'épaisseur de revêtement de nickel peut être mesurée selon une méthode magnétique modifiée.

Description d'un appareil

Il est constitué d'un boîtier électronique (équipé par exemple d'un afficheur LCD) relié à une sonde adaptée à l'application considérée. Un seul boîtier peut combiner les deux catégories magnétiques.

Appareil portable à induction magnétique.

Mesure et évaluation

Il suffit d'appliquer la sonde sur la surface (grande, plane et de faible rugosité, dans l'idéal) du revêtement à mesurer. Le point de mesure doit être propre, exempt de copeaux, sec et pas trop fragile (car il s'agit d'une méthode à contact). La méthode magnétique allie simplicité et rapidité d'utilisation. La mesure, qui se fait point par point, est quasi-instantanée. La plage de mesure s'étend environ du micromètre à quelques millimètres. Des facteurs géométriques, tels une épaisseur de substrat ou un rayon de courbure de la pièce trop faibles, peuvent affecter les valeurs mesurées ; un étalonnage doit être réalisé si une très bonne précision (jusqu'à 1 %) est souhaitée. Un jeu de feuilles étalons (d'épaisseur 25, 100 et 400 µm par exemple) est souvent livré avec l'appareil.

Note : la sonde doit être éloignée d'un champ magnétique intense (exemple : un transformateur).

Une couche, par sa nature même, est rarement régulière. Il faut donc toujours faire plusieurs mesures isolées sur la surface de l'objet.
La plupart des appareils fournissent une évaluation statistique : épaisseur de couche moyenne, écart type, valeurs minimale et maximale, nombre de mesures.

Voir aussi

Articles connexes

• Couche mince
• Cale étalon
• Capteur de proximité
• Mesure optique
• Microscopie électronique à balayage

• Portail de la physique