CN103604820A - 一种提高xrd实验精度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高XRD实验精度的方法，包括如下步骤：步骤1：将待测试样进行处理至表面平整光洁；步骤2：选用步进扫描方式对待测钢试样进行XRD实验，步进扫描方式的扫描速度范围为：1(°)/min～2(°)/min，步进扫描方式的时间常数为：1s～1.5s，所述步进扫描方式的角度间隔为0.02°，利用XRD仪器获得待测刚适应的XRD实验图谱以及实验数据；步骤3：对步骤2所得实验数据进行精修，精修结束后，即得到实验结果和误差。本发明提供的一种提高XRD实验精度的方法，可以减小误差、排除实验干扰并且提高实验效率。

Description

一种提高XRD实验精度的方法

技术领域

本发明属于X射线衍射技术领域，涉及一种提高XRD实验精度的方法。

背景技术

X射线衍射技术作为一种重要的测试手段，近些年有了较大的发展，仪器测量精度及功能均得到一定的完善。XRD图谱的物相分析包括定性分析与定量分析两大部分，而其中定量分析部分较为复杂。它是在定性分析确定了物相类别的基础上，通过测量这些物相的积分衍射强度来测算它们的各自含量。

在利用衍射仪进行X射线分析时，首先需要有一张高分辨率、高准确性的衍射数据收集谱图，而实验谱图是在一定的实验条件下获得的，所得数据必然受到实验条件及其他一些偶然因素的影响。其中与测角仪和计数器有关的实验参数，如扫描方式、扫描速度及时间常数等，都是影响XRD检测钢样本的测量结果的重要因素。

扫描方式可分为连续扫描和步进扫描。连续扫描方式，是计数管在均匀转动的过程同时进行计数测量，一定角度间隔内积累的计数即为间隔的强度值，即此强度是计数管在角度间隔内连续运动期间测得的。步进扫描方式，就是让计数管依次转到各角度间隔的位置停留并采集数据，其积累计数即为该角度的强度值，此强度是计数管在角度间隔停留期间测得的，计数管转动期间并不采集衍射数据。

扫描速度就是计数管在测角仪圆上均匀转动的角速度，以(°)/min表示。如果扫描速度太慢，虽然可使衍射峰形光滑，但需要漫长的测试时间，从而浪费仪器资源。如果扫描速度太快，则会使实验所得衍射峰粗糙，这样的结果缺乏准确和可靠性。

时间常数，是步进扫描方式中的一个重要参数，直接影响衍射谱线质量。时间常数过小则扫描速度太快，虽然可节约测试时间，但由于每个角度的积累计数强度不足，导致衍射谱线的质量较差。时间常数过大则扫描速度太慢，虽然可以提高积累计数强度，使衍射谱线光滑，但需要过长的测试时间。

为了充分显示出XRD物相分析的优点，必须尽可能降低各种误差的影响，排除各种非样品结构因素对实验衍射数据的干扰，以获得最大衍射强度、最佳分辨率和正确角度读数等重要信息，而与之密切相关的扫描方式、扫描速度及时间常数等实验参数的设定就显得十分重要，然而有关该方面的分析讨论以及研究成果，截至目前却是非常有限而且缺乏统一结论。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种可以减小误差、排除实验干扰并且提高实验效率的提高XRD实验精度的方法。

为了解决以上技术问题，本发明提供一种提高XRD实验精度的方法，包括如下步骤：

步骤1：将待测钢试样进行处理至表面平整光洁；

步骤2：利用XRD仪器对待测钢试样进行XRD实验，获得待测钢试样的XRD实验图谱以及实验数据，XRD实验选用步进扫描方式，步进扫描方式的扫描速度范围为：1(°)/min～2(°)/min，步进扫描方式的时间常数为：1s～1.5s，步进扫描方式的角度间隔为0.02°；

利用XRD仪器的实验方法为利用X射线衍射法对待测钢试样进行非破坏分析，改变X射线对待测钢试样的入射角度和衍射角度，同时XRD仪器自动检测并记录衍射X射线的强度，通过XRD仪器的数据转换和分析系统得到待测钢试样的X射线衍射图谱，对X射线衍射图谱中的数据进行XRD仪器的分析系统的数据处理后得到所述实验数据；

步骤3：对步骤2所得实验数据进行精修，精修结束后，即得到实验结果和误差。

本发明进一步限定的技术方案是：

前述步骤2中，步进扫描方式的扫描速度为1(°)/min。

前述步骤2中，步进扫描方式的时间常数为1s。

前述步骤2中，数据处理包括将X射线衍射图谱中的数据平滑化、背景扣除、Kα1-Kα2剥离、峰检索和校正系统误差。

前述步骤2中，实验数据包括衍射角2θ、衍射峰强度和衍射峰积分强度。

前述步骤3中，精修为利用MAUD软件对实验数据进行结构精修，根据物相的晶体结构得到计算图谱，然后与X射线衍射图谱比较，修正物相的晶体结构，然后再与X射线衍射图谱比较，逐步缩小计算图谱与X射线衍射图谱之间的差别，最终得到最终实验结果和误差。

本发明的有益效果是：

本发明对实验参数设定方法包含了如下几个重要的参数：扫描方式、扫描速度、时间常数等。

本发明采用步进扫描方式，图1和图2分别为9Ni钢在连续扫描和本发明采用的步进扫描方式下实验得到的衍射谱图，通过对比可以观察到，一方面图2中每条谱线的平滑性都好于图1，实验得到的谱图精度相对较高；另一方面，在9Ni钢残奥定量实验中，由于选用试样的残奥含量偏低，从而导致γ相的三个晶面衍射峰强度偏弱。在这种情况之下，若采用连续扫描方式进行实验，γ相衍射峰就会在偏离布拉格方向上也出现一定的衍射强度，即造成峰形出现明显宽化，如图1中9Ni(1)～9Ni(3)谱线所示；同时由于γ相某些晶面的衍射强度相对较弱，该晶面的衍射谱线在连续扫描方式下已经被较高的背底淹没，这时若改用步进扫描方式进行，就可以在每个衍射峰出峰处，即2θ角处，做较长时间的计数测量，就可以得到较大的每步总计数，从而可减少计数统计起伏的影响，如图2中9Ni(6)～9Ni(10)谱线所示。

本发明选用的扫描速度范围为 1(°)/min～2(°)/min。如果扫描速度设定过快，远大于2(°)/min，就会导致由于计数强度不足而使衍射线比较粗糙并出现锯齿状轮廓，如图1中9Ni(1)～9Ni(3)谱线所示。这样不但会造成扫描强度和分辨率下降，还会丢失某些重要的衍射峰，更会直接影响到实验数据的准确性和可靠性，同时由于扫描速度过快，还会影响到衍射峰定位的准确性，如图1中9Ni(1)、9Ni(2)谱线，衍射峰的出峰位置明显向扫描方向发生了偏移。当1(°)/min～2(°)/min的扫描速度时，得到的谱线，如图1中的9Ni(5)谱线，已不再粗糙，而是逐渐趋向光滑并且对称分布。

本发明选用的时间常数范围为1s～1.5s，时间常数是步进扫描方式中直接影响衍射谱线质量的一个重要参数，当时间常数大于1.5s时，如采用2.00s，所得谱线虽然细致光滑，如图2中9Ni(6)谱线）但是耗费了大量的实验时间；当时间常数小于1s时，如采用0.2s，虽然扫描速度加快，节约了一定的测试时间，但由于每个角度的积累计数强度不足，导致了衍射谱线的质量变差，如图2中9Ni(10)谱线，所得到的谱线不明锐。

本发明所选用的以上实验参数，可以理想的进行定量分析，图3所示为9Ni钢试样分别在三种不同实验条件下所得的谱线对比，从分辨率和衍射强度几方面综合考虑，选择9Ni(7)实验谱线进行定量分析是比较理想的，而9Ni(7)的实验参数即为本发明的参数设定范围。对此谱线采用本发明的精修方法得到的定量结果进行分析，从结果对应的标准偏差情况来看，9Ni(7)所对应的标准偏差值最小，为0.34。

综上所述，本发明采用步进扫描方式，可以减少峰形重叠，使峰定位准确，从而提高分辨率，而且特别适用于衍射线强度较弱或背底较高时的情况；本发明中的扫描速度范围为1(°)/min～2(°)/min，得到的谱线逐渐趋向光滑并且对称分布；本发明采用的时间常数，可以使所得谱线较为细致光滑，又不耗费大量的实验时间。且在对块状多晶试样进行XRD实验时，本发明所采用的参数设置，所得数据结果分散程度较小，准确性和可靠性较高。

附图说明

    图1 为9Ni钢采用连续扫描方式衍射谱图对比9Ni(1)～9Ni(5)。

图2 为9Ni钢采用步进扫描方式衍射谱图对比9Ni(6)～9Ni(10)。

图3 为9Ni钢在不同实验条件下衍射谱图对比。

图4 为调质态9Ni-1钢衍射谱图。

图5 为9Ni-1钢MAUD精修结果。

具体实施方式

    实施例1

本实施例提供的一种提高XRD实验精度的方法，包括如下步骤：

步骤1：将待测钢试样进行处理至表面平整光洁；

步骤2：利用XRD仪器对待测钢试样进行XRD实验，获得待测钢试样的XRD实验图谱以及实验数据，XRD实验选用步进扫描方式，步进扫描方式的扫描速度范围为：1(°)/min～2(°)/min，步进扫描方式的时间常数为：1s～1.5s，步进扫描方式的角度间隔为0.02°；

利用XRD仪器的实验方法为利用X射线衍射法对待测钢试样进行非破坏分析，改变X射线对待测钢试样的入射角度和衍射角度，同时XRD仪器自动检测并记录衍射X射线的强度，通过XRD仪器的数据转换和分析系统得到待测钢试样的X射线衍射图谱，对X射线衍射图谱中的数据进行XRD仪器的分析系统的数据处理后得到所述实验数据；其中数据处理包括将X射线衍射图谱中的数据平滑化、背景扣除、Kα1-Kα2剥离、峰检索和校正系统误差，实验数据包括衍射角2θ、衍射峰强度和衍射峰积分强度。

步骤3：对步骤2所得实验数据进行精修，精修结束后，即得到实验结果和误差，其中精修为利用MAUD软件对实验数据进行结构精修，根据物相的晶体结构得到计算图谱，然后与X射线衍射图谱比较，修正物相的晶体结构，然后再与X射线衍射图谱比较，逐步缩小计算图谱与X射线衍射图谱之间的差别，最终得到最终实验结果和误差。

实施例2

本实施例中采用日本岛津公司生产的XRD-7000型衍射仪，利用XRD测定调质态的9Ni-1钢中残余奥氏体含量，本实施例的实验方法和精修方法与实施例1大致相同，但将步骤2中步进扫描方式的扫描速度设置为1(°)/min、步进扫描方式的时间常数设置为1s。在步骤3中，精修为利用MAUD软件对实验数据进行结构精修，根据物相的晶体结构得到计算谱，然后与实测谱比较，修正物相的晶体结构，然后再与实测谱比较，逐步缩小计算谱与实测谱之间的差别，最终得到最终实验结果。

9Ni-1钢试样衍射谱图如图4所示。由图4可以看出，XRD扫描后9Ni-1谱线平滑且对称，衍射峰明锐，分辨率较高，谱线质量较好。

利用本实施例中的参数设定，对9Ni-1钢进行XRD扫描后，测量到衍射峰数据如下：

表1  9Ni-1试样衍射峰数据

序列号	衍射峰角度	衍射峰半高宽	强度	相对强度
					1	44.5357	0.6144	17792	100
2	64.7632	0.5922	3399	19
					3	82.1084	0.5812	5748	32
4	98.6772	0.6175	1420	8
					5	115.9131	0.8637	2052	12

对表1中衍射峰数据采用MAUD精修法进行处理，结果如图5所示。

9Ni-1试样中残奥含量结果为5.42%，与实验委托方提供的参考数据5.09% 非常接近，数据误差在实验允许范围内，说明该次XRD实验参数设定正确，所得衍射谱线质量较高，数据定量分析结果可靠有效。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种提高XRD实验精度的方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：将待测钢试样进行处理至表面平整光洁；

步骤2：利用XRD仪器对所述待测钢试样进行XRD实验，获得所述待测钢试样的XRD实验图谱以及实验数据，所述XRD实验选用步进扫描方式，所述步进扫描方式的扫描速度范围为：1(°)/min～2(°)/min，所述步进扫描方式的时间常数为：1s～1.5s，所述步进扫描方式的角度间隔为0.02°；

利用所述XRD仪器的实验方法为利用X射线衍射法对所述待测钢试样进行非破坏分析，改变X射线对待测钢试样的入射角度和衍射角度，同时所述XRD仪器自动检测并记录衍射X射线的强度，通过所述XRD仪器的数据转换和分析系统得到所述待测钢试样的X射线衍射图谱，对所述X射线衍射图谱中的数据进行所述XRD仪器的分析系统的数据处理后得到所述实验数据；

步骤3：对步骤2所得实验数据进行精修，精修结束后，即得到实验结果和误差。

2.根据权利要求1所述的提高XRD实验精度的方法，其特征在于：所述步骤2中，所述步进扫描方式的扫描速度为1(°)/min。

3.根据权利要求1所述的提高XRD实验精度的方法，其特征在于：所述步骤2中，所述步进扫描方式的时间常数为1s。

4.根据权利要求1所述的提高XRD实验精度的方法，其特征在于：所述步骤2中，所述数据处理包括将所述X射线衍射图谱中的数据平滑化、背景扣除、Kα1-Kα2剥离、峰检索和校正系统误差。

5.根据权利要求1所述的提高XRD实验精度的方法，其特征在于：所述步骤2中，所述实验数据包括衍射角2θ、衍射峰强度和衍射峰积分强度。

6.根据权利要求1所述的提高XRD实验精度的方法，其特征在于：所述步骤3中，所述精修为利用MAUD软件对实验数据进行结构精修，根据物相的晶体结构得到计算图谱，然后与X射线衍射图谱比较，修正物相的晶体结构，然后再与X射线衍射图谱比较，逐步缩小计算图谱与X射线衍射图谱之间的差别，最终得到最终实验结果和误差。

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