现代表面工程技术

1、外表分析和性能测试一 外表形貌和显微组织的构造分析用各种显微镜可在宽广的范围内观看外表形貌和显微组织。二 外表成分分析X X 射线的能量轰击样品，产生波长大于入射线波长X 射线，再经分光作为定量和定性分析的数据。这种分析方法速度快， 成分分析。1 X X 射线荧光分析那X 射线轰击样品。高速电子轰击到原子的内层，使各种元素产生相X 射线，经分光后依据波长及其强度作定性和定量分析。电子探针可入射粒子子，然后进展记录。处理和分析。放射谱32 种根本分析方法。假设1000 种。用分析谱仪检测出射粒子的能量、动量、荷质比、束流强度等特征，或出射波构造等功能。三 外表原子排列构造分析外表原子或分子的排列

2、状况与体内不一。如前所述，晶体外表大约要经过4-6 构造的变化。X 射线衍射和中子衍射等方法来测定晶体构造。X 射线和中子穿透材料的X 射线、中子不同，他与外表物质相互作用强，而穿透材料的力量叫弱，一般为0.1 微米利用电子衍射效应进展外表构造分析的谱仪较多，如低能电子衍射LEED和反射式高能电子衍射RHEE，还有未在该表所列的反射电子衍射RED、电子通道把戏ECP、电子背射把戏、X/射线柯塞尔把戏XKP等X 射线吸取微小构造，角分解光电子普、分子束散射谱等，都可直接或间接用来分析外表构造。高压电子显微镜、分析电子显微镜、场离子显微镜和扫描隧道显微镜等。四 外表原子动态和受激态或脱附、振动、集

3、中、等过程中能量或势态的测量，由此可获得很多重要的信息原子吸附态。电学性质，以及对电子或其他粒子的散射等。电子能量损失谱、红外光谱、拉曼散射谱等分析谱仪可用来分析外表原子振动。五 外表的电子构造分析称为外表态料的电学、磁学、光学等性质以及催化剂和化学反响中都起着重要的作用。电子附加能态也是很重要的。外表态检测有困难，但是随着分析谱仪的进展，这些困难将逐步得到抑制。和谱等。一、 电子显微镜透射式电子显微镜TEM电子被加速到 100keV 时，其波长仅为 0.37nm，为可见光的 1/105左右，因此电子束用来成像，区分本领打打提高。现在电子显微镜的区分本领可高达0.2nm 左右。学透镜有着相像的

4、成像规律。如图 10-1 所示，在高真空密封体内装有电子枪、物镜光阑，以便获得最正确的像衬度和区分率。扫描电子显微镜的性质有关。例如对于羊毛纤维、金属断口等，用光学显微镜，因其景深短而无此不平的物体的细节。扫描电镜则利用一极细的电子束7-10n，在试样外表调整范围宽。制样极为简洁，可直接观看试样。对各种信息检测的适应性强，是7-10nm。图 10-2 是扫描电镜的原理图。由电子枪发出的电子束，依次经两个或三个电磁X 。利用适当的探测器承受信号，经放大并转换为电压脉冲，再经放大，并用以调放大的式样外表特征图像，以此来争辩试样的形貌、成分及其他电子效应。二.扫描隧道显微镜它是利用导体尖针与样品之间

5、的隧道电流并用周密压电晶体把握导体针尖沿 隧道效应图 10-4M1-绝缘层-金属 M210-4s0.1nmM2M1y 为此结的位能图。由于在界面和绝缘层中10-4c10-5aSTM理图，其中XZ10-5b 1000010-5cb10000Z1-10nA的任意值。在 X 压杆上加剧齿波电压，使针尖作类似于电视中的行扫描，在 Y Z控完成。假设在记录仪上画出行。帧扫描时按 Z 方向高度的变化，则可得到外表形貌图。STM 的纵向区分率已经到达 0.01nm，纵向区分率优先于 0.2nm，可用来争辩各外表粒子的成核和生长、吸附和脱附等等。STM低温等不同环境下工作。二、 原子力显微镜原子力显微镜(AF

6、M)Binnig、QUme、Gelher1986STM STM在有外电场存在时，就有隧道电流ItTt0.1nmItIt品又可置于真空、大气、低温及液体掩盖下进展分析，因此 STM 得到了广泛的应用，但是STMAFM测微悬臂位移的方法来探测该原子力，就能得到原子区分率的样品形貌图像。APM(MFM)、电力显微镜EFM、摩擦力显微镜FFM等。AFM10-65-20nm小扣模式不仅用于真空、大气，在野兔环境中的应用争辩不断增多。AFMMFM、电力显微镜EFM、摩擦力显微镜FFM、化学力显微镜CFMMFM构造的探测精细到达纳米尺度。四、XX 射线衍射和电子衍射的方法，即测定的依据是衍射数据。X 射线管

7、的构造如图 10-8 所示。在抽真空的玻璃管的一端有阴极，通电加热X 射线。他从钹窗中射出，X 射线波长与晶体中原子间距是同一数量级以及晶体内质点排列的周 的 X 2dsin =n 时就可10-9 X XA值是连续变化的，很多具有不同入射角 的 X 射线和不同的 d 的点阵平面都可能有一个相应的 X 射线射入一个单晶体，射线与一X 射线射向录衍射线的方法主要有照相法和衍射仪法五、电子探针X射线放射光谱分析。X 射线荧光分析那样X 射线打击样品的。高速电子攻击到原子内层，使各种元素产生对应的X 射线，经过分光，依据波进步行定性分析，依据各种特征波长的强度作X 射线分析仪器中这一类较少，主要是用在

8、电子探针上。电子探针又称作微区X 射线光谱分析仪如电子显微镜这两种设备组合而成的。10-10 是电子探针的原理图，它主要是友我一个主要局部组成的：1 电子光学系统，包括电子枪、两对电子透镜、电子束扫描线圈。2X 射线光谱仪局部，包束所处的位置和供调整样品与电子束的相对位置，以便对准所需分析的微区。4 X 射线光5.出来，同样说明样品外表各种不同元素原子的分布状态。六电子能谱仪20 世纪 70 年月以来快速进展起来的电子能谱仪，如光电子谱PES、俄歇电子谱AES、能量损失谱ELAPSX 变化给出较好的探测、使监测制备高质量的薄膜器件称为可能。AES 是以法国科学家俄歇觉察的俄歇效应为根底而得名。

9、他在 1925 年用威尔X 1-3 称为俄歇效应。图 10-12 是俄歇电子谱仪的原理图。电子枪用来放射电子束，以激发试样使之俄歇电子能谱仪AES是高速电子打倒材料外表上，激发出饿歇电子对微小电子。由于俄歇电子的穿透力量很差，故可用来分析距离外表 1nm 深处，几个俄歇谱仪对轻元素分析和外表科学争辩有重大意义。钎焊性等等。涂层外表粗糙程度的检测涂层外表粗糙度指涂层外表具有较小间隙和微观峰谷不平度的微观几何特相邻波峰或波谷的间距称为波距。相邻波峰与波谷的一半差为波幅。外表三类。一般来说，涂层外表粗糙度越低，光亮度越高，涂层外观质量也就越好。但是重要的性能指标。样板比照法、针描法接触量法、和光切法

10、等几种、认为此样板的粗糙度是此涂层的粗糙度。轮廓仪测量法 轮廓测量仪发属于针描法，是一种外表粗糙度的定量测Ra 值。即被测涂层的粗糙度。涂层外表光泽度的检测涂层外表光泽度是指涂层外表在肯定照度和肯定角度入射光作用下的反射光度。光亮涂层的差异。300l40W 500mm 处的照度不同级别4 级光度计测量法 光度计测涂层光泽在国内比较少应用，有待于进一步争辩。目前很多涂层光泽度测试还是靠目测或比较法，这样做事不够客观的。而广度计，例如用分光光度计平均波长为 430-490 微米时，将二氧100 二、镀涂层或外表处理层厚度的测定X 破坏性检验法有：点滴法、液流法、化学溶解法、电量法、金相显微镜法、轮

11、廓法及干预显微镜法等。金相显微镜法厚。其特点是准确度高，判别直观。气相沉积薄膜厚度的测定椭圆仪等光学法；触针式光滑测定器、空气测微器等机械法；石英晶体振荡仪、1-102nm的大量分子集合体在材料外表沉积和连成一进展测量，还是以质量形式进展测量，假设选择不当，就会得到不全都的结果。的膜厚，必需注明测定方法。三、涂层的耐蚀性检验涂层耐蚀性检验包括以下内容：大气暴露试验，马上待测涂层试样放在大气工模拟介质中，观看腐蚀过程的特征，其目的是评定涂层耐蚀的性能四、涂层的耐磨性试验磨料磨损试验磨损试验轮与方块试样之间，磨轮的轮缘为规定硬度的橡胶。试样借助杠杆系统，以肯定过程中，磨料对试样产生低应力磨料磨损。

12、经过肯定的摩擦行程后，测定试样磨失矢量，即涂层的 削减量。 并以此评 定涂层的耐 蚀性。 典型试样尺 寸为50mm*75mm，厚度为10mm，在其平面上制备涂层，比用平面磨床将涂层磨平，磨削方向应平行于试样长度方向。涂层外表应无任何附着物或缺陷。后测定失重，即涂层的磨损量，并以此来评价涂层的耐磨性。摩擦磨损试验的耐磨性。喷砂试验10-18时间一般选为 1min。试验后测定试样失重，即涂层质量削减量，用以评定涂层的硬质颗粒冲刷造成的冲蚀磨损。五、涂层的孔隙率试验子喷涂的同类材料涂层。从防腐蚀角度看，涂层孔隙率越小，耐蚀性越好，故期望固然是孔隙率越大越好。故涂层孔隙率大小的评价有赖于其功能的追求。

13、渍法、电解显像法、显微镜法。六、涂层的硬度试验等多种功能。涂层的硬度试验有宏观硬度与显微硬度试验。化物等缺陷对所测得的宏观硬度值会产生肯定影响。涂层的显微硬度指用显微硬度计，以涂层中微粒为测定对象所得的硬度值。平均硬度，而涂层显微硬度反映的是涂层中颗粒的硬度。两者的意义是不同的。用显微硬度。反之，假设涂层较厚，则可用宏观硬度。七、涂层的结合强度试验重要的一个力学性能参量。或涂层脱落无法使用。计算求出魔的结合强度.弯曲试验验中涂层开裂、剥落状况来评定涂层与基体的结合力。冲击试验用锤击或落球对试样外表的涂层反复冲击，涂层在冲击力作用下局部变形 2.落球试验3.垂直拉伸法膜基界面，前者称为垂直拉伸法，后者称为平行拉伸法。FATiN70MPa，所以，70MPa件尺寸等因素的影响，测得的数值有不稳定现象。压痕法10-23，与压痕发硬度测试试验类似，即对世间Pcr。试验的膜基结合强度也缺乏牢靠性。AGli-1Kli并以 Kli 21/2lilic作为膜基结合强度指标。试验说明：K 比 Plicr更可信，作为压痕试验膜基结合强度更适合。际中还经常被承受。划痕法Lc，用来作为膜基结合强度的一种量度。BenjaminWeaver了膜层剥离的临界剪切力与划痕