CN102539263A

CN102539263A - 基于掩蔽处理技术的轻微磨损测量方法

Info

Publication number: CN102539263A
Application number: CN2011103857465A
Authority: CN
Inventors: 杨建华
Original assignee: Nantong University
Current assignee: Nantong University
Priority date: 2011-11-29
Filing date: 2011-11-29
Publication date: 2012-07-04

Abstract

本发明公开了一种基于掩蔽处理技术的轻微磨损测量方法，包括将大、小样品放入真空处理室，大样品的部分表面放置小样品进行掩蔽，然后对大、小样品进行表面处理，在大样品表面形成处理区和未处理区，然后移走小样品；从真空处理室取出大、小样品，采用销盘磨损机或往复式磨损机对大样品上形成的未处理区和处理区进行磨损实验，形成磨痕；采用干涉显微镜测量，并将测量数据传输给数码相机或计算机。本发明可以减小同批样品预处理条件和真空处理条件波动的影响，可在不破坏真空的情况下提高材料真空表面处理的处理效率，提高处理工艺的可重复性，加快处理技术的实用化进程。

Description

基于掩蔽处理技术的轻微磨损测量方法

技术领域

本发明涉及一种基于掩蔽处理技术的轻微磨损测量方法，主要用于涉及需在真空中进行各种热处理或高能束处理的样品或零件的掩蔽技术。

背景技术

精密零件的真空表面处理效果评价一直是一个没有解决好的问题。为了对多个零件或样品对材料进行不同工艺条件下的真空表面处理（离子束、电子束和激光束处理等），通常需要把零件或样品频繁地放入和取出真空室，这不仅浪费了大量能源和时间，影响处理效率，而且需要做不同性能测试的同批样品的预处理条件和真空处理条件的波动，将会影响处理效果的可重复性，经常导致似是而非、相互矛盾的结果，影响了处理技术的实用化进程。为了提高处理效率，保证处理结果的可重复性，必须设法在不破坏真空的情况下，在同一块样品上形成用不同处理工艺处理的区域，同时得到预处理条件完全一致的、经多种处理工艺处理过的小样品，这些小样品可以用来进行其他表面性能和结构的测试。

以前人们主要使用“称重法”和台阶仪测量表面磨损，但是“称重法”有两个明显的不足之处：第一，该测量方法不够直观，不能反映磨痕的深度信息，而深度信息在研究磨损机理时非常重要;第二，由于精密零件的磨损量较小，用 “称重法”测得的结果精密度不高；台阶仪的探针在遇到没有脱落的磨屑时则会发生跳跃而使深度信息失真。为了解决这一问题，必须提供一种直观而精密的方法测量和评价精密零件的耐磨性。为了对同一个零件或同一块样品的不同区域在同一磨损实验条件进行试验，必须选择合适的磨损试验机。

对于用磨损机在零件或样品上形成的很浅的磨痕，可以用干涉显微镜来测量磨痕的深度和横截面积。干涉法的基本原理：干涉显微镜可视为迈克尔逊干涉仪和显微镜的组合，由光源发出的一束光经聚光镜和分光镜后分成强度相同的两束光，分别经反射镜和带有磨痕的样品反射后汇合发生等厚干涉，产生明暗相间的干涉条纹。由于样品上有磨痕，因此从样品反射和从基片表面反射的光的光程随磨痕的形状和深度不同而不同，造成同一级次的干涉条纹发生相应的弯曲，根据条纹的弯曲情况可以测得磨痕的最大深度和横截面积，但是选用什么方法来计算横截面积仍然是一个需要探索的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以减小同批样品预处理条件和真空处理条件波动的影响，可在不破坏真空的情况下提高材料真空表面处理的处理效率，提高处理工艺的可重复性，加快处理技术的基于掩蔽处理技术的轻微磨损测量方法。

本发明的技术解决方案是：

一种基于掩蔽处理技术的轻微磨损测量方法，其特征是：包括下列步骤：

（1）将大、小样品放入真空处理室，大样品的部分表面放置小样品进行掩蔽，然后对大、小样品进行表面处理，在大样品表面形成处理区和未处理区，然后移走小样品；

（2）从真空处理室取出大、小样品，采用销盘磨损机或往复式磨损机对大样品上形成的未处理区和处理区进行磨损实验，形成磨痕；

（3）采用干涉显微镜测量，并将测量数据传输给数码相机或计算机；用磨痕干涉条纹最大相对移动量d的倒数来衡量各区域的耐磨性或用磨痕干涉条纹弯曲部分的面积S的倒数来衡量样品各区域的耐磨性，面积的测量采用像素法进行相对测量。

所述小样品有一块或多块，小样品有多块时，进行多次表面处理，并在每次表面处理移走一块小样品，最终在大样品表面形成未处理区和不同处理条件下的多种形式处理区。

小样品有多块时，有二个或二个以上小样品叠加的形式。

在大样品上用大样品面积一半的小样品实现掩蔽处理，在大样品上获得处理和未处理区域。

是在大样品上用面积均为大样品面积四分之一的三个小样品实现掩蔽处理，并在每次表面处理移走一块小样品，最终在大样品上形成未处理区和多种条件处理区。

小样品的放置和移走通过托架掩蔽机构进行，托架掩蔽机构呈可竖直升降和/或转动的形式。

本发明可以减小同批样品预处理条件和真空处理条件波动的影响，可在不破坏真空的情况下提高材料真空表面处理的处理效率，提高处理工艺的可重复性，加快处理技术的实用化进程。该系统具有以下几个特征：

1. 采用单层和双层掩蔽技术，不仅可以在同一块样品上形成未处理区和多种工艺处理区，实现一次磨损试验就可以对未处理区和多种工艺处理区的磨损性能进行测量和评价，保证了预处理条件和磨损测试条件的完全一致，而且可以得到与对应磨损样品预处理条件完全一致的小样品，这些小样品通常可以用来进行其他表面性能测试。

2. 采用可垂直升降和可旋转的托架掩蔽机构可以在不破坏真空的前提下把掩蔽样品移出处理区，然后继续对被掩蔽样品进行不同工艺的表面处理。这样，不仅可以节约能源和处理时间，而且可以避免频繁开关真空可能导致的样品污染。

3. 采用干涉法来评价各区域的耐磨性不仅可以避免 “称重法”的两个明显的不足之处，而且各区域的预处理条件和干涉条件是完全一致的，只需要对条纹的弯曲量和横截面积进行相对测量就可以评价经各种处理工艺处理的样品的耐磨性了。

本发明主要用在材料的真空表面处理领域，这些领域主要是指离子束处理、电子束处理等。例如，有一种基于金属蒸汽真空弧的宽束离子源的离子注入技术就可以借助该掩蔽技术提高注入效率和处理工艺的可重复性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1本发明中用大样品面积一半的小样品掩蔽大样品的示意图。

图2 本发明中三个用大样品面积四分之一的的小样品掩蔽大样品的示意图。

图3 本发明中用不同尺寸的小样品双层掩蔽大样品的示意图。

图4 本发明中托架掩蔽机构的示意图。

图5本发明中小样品、托架掩蔽机构连接示意图。

图6 本发明中在大样品上形成的未处理区和三种工艺处理区的示意图。

图7本发明中采用销盘磨损机在大样品上形成的未处理区和三种工艺处理区进行磨损实验后形成的磨痕示意图。

图8 本发明中在大样品上形成的未处理区和一种工艺处理区的示意图。

图9 本发明中采用往复式磨损机在大样品上形成的未处理区和处理区进行磨损实验后形成的磨痕示意图。

图10 本发明中磨痕干涉显微照片示意图。

具体实施方式

一种基于掩蔽处理技术的轻微磨损测量方法，包括下列步骤：

（1）将大、小样品1、2放入真空处理室，大样品的部分表面放置小样品进行掩蔽，然后对大、小样品进行表面处理，在大样品表面形成处理区和未处理区，然后移走小样品；

放在真空中的样品按如图1所示掩蔽设计，即在大样品上用大样品面积一半的小样品掩蔽。

或者，放在真空中的样品按如图2所示掩蔽处理，即在大样品上用面积均为大样品面积四分之一的三个小样品掩蔽。

或者，放在真空中的样品按如图3所示掩蔽处理，在二分之一样品上用面积为大样品面积四分之一的小样品实现双层掩蔽。

上述三种掩蔽模式中的掩蔽样品采用掩蔽机构把它们按序移出处理区域，托架掩蔽机构中的托架有两种：尺寸略大于大样品一半面积和四分之一面积的托架5（图4），托架掩蔽机构的移出由升降转动机构6（图5）实现。

采用销盘磨损机对大样品上的未处理区和三种工艺处理区（图6）进行磨损实验后形成如图所示的圆形磨痕3（图7）。

或者，采用往复式磨损机对大样品上形成的未处理区和处理区（图8）进行磨损实验后形成的磨痕如图所示的直线型磨痕4（图9）。

样品在放入真空室之前通常还进行预处理，比如钢等金属样品通常要先进行淬火、回火、抛光和清洁等预处理。

采用上述系统，不仅可以减小同批样品预处理条件和真空处理条件波动的影响，可在不破坏真空的情况下提高材料真空表面处理的处理效率，提高处理工艺的可重复性。例如对于需要进行三种不同处理工艺进行处理的材料，采用该系统可以提高处理效率三倍，减少三分之二的磨损实验时间。当然，也可以多层掩蔽进一步提高处理效率。

以上所述内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。

Claims

1. 一种基于掩蔽处理技术的轻微磨损测量方法，其特征是：包括下列步骤：

2. 根据权利要求1所述的基于掩蔽处理技术的轻微磨损测量方法，其特征是：所述小样品有一块或多块，小样品有多块时，进行多次表面处理，并在每次表面处理移走一块小样品，最终在大样品表面形成未处理区和不同处理条件下的多种形式处理区。

3. 根据权利要求2所述的基于掩蔽处理技术的轻微磨损测量方法，其特征是：小样品有多块时，有二个或二个以上小样品叠加的形式。

4. 根据权利要求2所述的基于掩蔽处理技术的轻微磨损测量方法，其特征是：在大样品上用大样品面积一半的小样品实现掩蔽处理，在大样品上获得处理和未处理区域。

5. 根据权利要求2所述的基于掩蔽处理技术的轻微磨损测量方法，其特征是：是在大样品上用面积均为大样品面积四分之一的三个小样品实现掩蔽处理，并在每次表面处理移走一块小样品，最终在大样品上形成未处理区和多种条件处理区。

6. 根据权利要求1、2、3、4或5所述的基于掩蔽处理技术的轻微磨损测量方法，其特征是：小样品的放置和移走通过托架掩蔽机构进行，托架掩蔽机构呈可竖直升降和/或转动的形式。