CN105157629A - 一种基于x-射线光谱仪测量碳化钒薄膜厚度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于X-射线光谱仪测量碳化钒薄膜厚度的方法。本发明采用X-射线光谱仪对涂覆于模具表面的碳化钒薄膜的厚度和元素进行测量，有效解决了现有测量方法给测量带来误差的问题，提高了测量的精确度和准确度，且可避免现有测量方法测量时对薄膜造成损伤的问题，同时还可实现快速的测量出碳化钒薄膜的厚度和元素。另外，本发明测量方法对操作人员无专业方面的要求，操作简单。
Description
技术领域
本发明涉及薄膜厚度测量技术领域，尤其涉及一种基于X-射线光谱仪测量碳化钒薄膜厚度的方法。
背景技术
TD处理技术是1970年由日本（株）丰田中央研究所开发出来的碳化物被覆技术，因被覆层是由工件中的碳元素和被覆剂中的元素高温反应而成，故称之为热反应扩散沉积技术，简称为TD处理技术。
TD处理技术的基本原理是将含碳工件放到含有碳元素形成元素的熔融硼砂盐浴中，工件中的碳原子会向外扩散至工件表面，与盐浴中的碳化物形成元素结合为一层极薄的碳化物。TD处理后的碳化物被覆层具有很高的硬度，此外，碳化物覆层与基体是冶金结合，结合力强，不影响工件表面粗糙度，具有极高的耐磨、抗咬合、耐蚀等性能，可以大幅度提高模具及机械零件的使用寿命。
对于模具及机械零件的薄膜，其碳化物薄膜的厚度是一个非常重要的参数，直接影响着模具的性能和稳定性，因此，碳化物薄膜的厚度的测量是至关重要的。现有的碳化物薄膜的厚度的测量方法有：断面显微观察法称重法、光干涉法和台阶仪等。然而，用称重法测量碳化物薄膜的厚度精度不高；用光干涉法和台阶仪测量碳化物薄膜的厚度，会对测量碳化物薄膜造成损伤。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于X-射线光谱仪测量碳化钒薄膜厚度的方法，旨在解决现有测量方法测量精度不高，对碳化钒薄膜造成损伤的问题。
本发明的技术方案如下：
一种基于X-射线光谱仪测量碳化钒薄膜厚度的方法，其中，采用X-射线光谱仪对涂覆于模具表面的碳化钒薄膜的厚度进行测量。
所述的基于X-射线光谱仪测量碳化钒薄膜厚度的方法，其中，测量之前包括：对碳化钒薄膜进行抛光并清洁处理。
所述的基于X-射线光谱仪测量碳化钒薄膜厚度的方法，其中，所述抛光并清洁处理包括步骤：使用气动工具或电动工具带动羊毛轮/布轮结合钻石研磨膏对被测碳化钒薄膜表面进行抛光，使碳化钒薄膜出现光亮表面，然后用模具清洗剂喷洗，并用干净棉布擦干。
所述的基于X-射线光谱仪测量碳化钒薄膜厚度的方法，其中，还包括：采用X-射线光谱仪对涂覆于模具表面的碳化钒薄膜的元素进行测量。
所述的基于X-射线光谱仪测量碳化钒薄膜厚度的方法，其中，采用TD处理技术获得所述碳化钒薄膜。
所述的基于X-射线光谱仪测量碳化钒薄膜厚度的方法，其中，所述碳化钒薄膜的厚度在0~30μm的范围内。
所述的基于X-射线光谱仪测量碳化钒薄膜厚度的方法，其中，所述碳化钒薄膜的元素包括钒、碳、铌和铬。
所述的基于X-射线光谱仪测量碳化钒薄膜厚度的方法，其中，测量时间为3~30秒。
所述的基于X-射线光谱仪测量碳化钒薄膜厚度的方法，其中，测量时间为5秒、10秒、15秒或20秒。
所述的基于X-射线光谱仪测量碳化钒薄膜厚度的方法，其中，X-射线光谱仪由X-射线管和探测系统构成。
有益效果：本发明采用X-射线光谱仪对涂覆于模具表面的碳化钒薄膜的厚度进行测量，有效解决了现有测量方法给测量带来误差的问题，提高了测量的精确度和准确度，且可避免现有测量方法测量时对薄膜造成损伤的问题，同时还可实现快速的测量出碳化钒薄膜的厚度。另外，本发明测量方法对操作人员无专业方面的要求，操作简单。
具体实施方式
本发明提供一种基于X-射线光谱仪测量碳化钒薄膜厚度的方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种基于X-射线光谱仪测量碳化钒薄膜厚度的方法，其中，采用X-射线光谱仪对涂覆于模具表面的碳化钒薄膜的厚度进行测量。本发明测量之前包括：对碳化钒薄膜进行抛光并清洁处理。具体地，所述抛光并清洁处理包括步骤：使用气动工具或电动工具带动羊毛轮/布轮等结合钻石研磨膏对被测碳化钒薄膜表面进行抛光，使其出现光亮表面，然后用模具清洗剂（如，WD-40等可有效清洗模具表面残留物，清洗能力强）喷洗并用干净棉布擦干，以提高测量的精确度。
X-射线光谱仪由X-射线管和探测系统构成，X-射线管产生入射X-射线，激发被测碳化钒薄膜，受激发的碳化钒薄膜会放射出X-射线反射的电子信号，探测系统收集放射出来的X-射线反射的电子信号。
具体地，X-射线光谱仪测量碳化钒薄膜厚度的原理为：用X-射线管对准并压紧碳化钒薄膜并保持稳定，发射X-射线，激发被测碳化钒薄膜，受激发的碳化钒薄膜会放射出X-射线反射的电子信号，探测系统接收到X-射线反射的电子信号并自行计算，由于X-射线管发出的X-射线具有恒定的穿透深度，而穿透不同的膜厚获得的碳化钒薄膜中钒的元素的信号是不同的，故根据不同的信号反馈，最终可算出碳化钒薄膜的厚度。本发明的碳化钒薄膜厚度测量方法精确度达到±0.05μm（实际生产中精确度在±0.5μm即可），完全满足生产需要。
本发明所述X-射线光谱仪测量碳化钒薄膜厚度时操作步骤为：将涂覆于模具表面的碳化钒薄膜抛光并清洗干净，用X-射线管对准并压紧碳化钒薄膜并保持稳定，开启X-射线管发射开关，测量时间为3~30秒（例如，测量时间为5秒、10秒、15秒或20秒），待测量数据稳定后关闭开关。
本发明采用X-射线光谱仪对涂覆于模具表面的碳化钒薄膜的厚度进行测量，精确度达到±0.02%（实际生产中精度在±0.1%即可），完全满足生产需要，有效解决了现有测量方法给测量带来误差的问题，提高了测量的精确度和准确度；且本发明测量方法可避免现有其它测量方法测量时对薄膜造成损伤的问题，可实现快速的测量出碳化钒薄膜的厚度。另外，本发明测量方法对操作人员无专业方面的要求，操作简单。
本发明还包括：采用X-射线光谱仪对涂覆于模具表面的碳化钒薄膜的元素进行测量。
X-射线光谱仪测量薄膜元素的原理为：用X-射线管对准并压紧碳化钒薄膜并保持稳定，发射X-射线，激发被测碳化钒薄膜，受激发的碳化钒薄膜中的元素会放射出X-射线反射的电子信号，探测系统接收到X-射线反射的电子信号并自行计算，由于X-射线管发出的X-射线照射不同元素的跃层电子数不同，探测系统获得的元素的信号也是不同的，故根据不同的信号反馈，最终算出碳化钒薄膜中各种元素的种类及其含量，并显示出各种元素的种类及其含量。本发明该测量方法精确度达到±0.02%（实际生产中精度在±0.1%即可），完全满足生产需要。
本发明采用X-射线光谱仪对涂覆于模具表面的碳化钒薄膜的元素及元素含量进行测量，操作方法和膜厚测量一样，几秒内即可显示测量结果，实现了快速、直接、准确的元素测量和薄膜成分分析。另外，本发明X-射线光谱仪测量时对薄膜完全无损。此外，本发明测量方法对操作人员无专业方面的要求，操作简单。
本发明采用TD处理技术获得所述碳化钒薄膜。TD处理技术原理：利用金属高温热反应扩散原理，使模具中的碳元素与活性合金元素介质经热化学反应扩散在模具表面形成牢固冶金结合的金属碳化物。通过该TD处理技术得到的薄膜具有高硬度，低摩擦系数，优异的耐磨和抗腐蚀性能。模具经TD处理后，可显著提高模具寿命，减少修模次数，改善成形制件质量。
经测量发现，本发明所述碳化钒薄膜的厚度在3~30μm的范围内。影响碳化钒薄膜的厚度的主要因素是盐浴温度、TD处理时间和基材的化学成分。
经测量发现，本发明所述碳化钒薄膜的元素主要包括钒（V）、碳（C）、铌（Nb）、铬（Cr）以及其他微量元素，且本发明所述X-射线光谱仪可快速测量出上述各元素所占的含量。
下面以实施例对本发明进行详细说明。
实施例
1、测量碳化钒薄膜的厚度
取一件待测样品，待测样品为模具上经TD处理后的待测样品（TD处理后薄膜的成分为碳化钒，厚度为10μm，有表面粗糙度要求），开始测量前，将涂覆于模具表面的碳化钒薄膜抛光并清洗干净，得到干净整洁光滑的表面（抛光为精抛光，对薄膜的损失小，厚度误差可忽略），将X-射线管对准并压紧待测样品表面，开启X-射线管发射开关，测量时间为5秒，测量期间保持X-射线管稳定，待测量数据稳定后关闭开关，X-射线光谱仪面板上的显示屏显示数据10.025μm,检测完成。
2、测量碳化钒薄膜的元素
取一件待测样品，待测样品为模具上经TD处理后的待测样品（TD处理后薄膜的成分为碳化钒，有表面粗糙度要求），开始测量前，将涂覆于模具表面的碳化钒薄膜抛光（抛光为精抛光，对薄膜的损失小，厚度误差可忽略）并清洗干净，得到干净整洁光滑的表面，将X-射线管对准并压紧待测样品表面，开启X-射线管发射开关，测量时间为15秒，测量期间保持X-射线管稳定，待测量数据稳定后关闭开关，X-射线光谱仪面板上的显示屏显示数据“钒66.328%,铁8.709%，铬12.365%及其它元素含量”，检测完成。
上述测量发现，本发明X-射线光谱仪可快速测量出碳化钒薄膜的厚度；另外，X-射线光谱仪还可快速测量出碳化钒薄膜的元素主要包括钒（V）、碳（C）、铌（Nb）、铬（Cr）以及其他微量元素，且所述X-射线光谱仪可快速测量出上述各元素所占的含量。
综上所述，本发明提供的一种基于X-射线光谱仪测量碳化钒薄膜厚度的方法，本发明采用X-射线光谱仪对涂覆于模具表面的碳化钒薄膜的厚度和元素进行测量，有效解决了现有测量方法给测量带来误差的问题，提高了测量的精确度和准确度，且可避免现有测量方法测量时对薄膜造成损伤的问题，同时还可实现快速的测量出碳化钒薄膜的厚度和元素。另外，本发明测量方法对操作人员无专业方面的要求，操作简单。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于X-射线光谱仪测量碳化钒薄膜厚度的方法，其特征在于，采用X-射线光谱仪对涂覆于模具表面的碳化钒薄膜的厚度进行测量。
2.根据权利要求1所述的基于X-射线光谱仪测量碳化钒薄膜厚度的方法，其特征在于，测量之前包括：对碳化钒薄膜进行抛光并清洁处理。
3.根据权利要求2所述的基于X-射线光谱仪测量碳化钒薄膜厚度的方法，其特征在于，所述抛光并清洁处理包括步骤：使用气动工具或电动工具带动羊毛轮/布轮结合钻石研磨膏对被测碳化钒薄膜表面进行抛光，使碳化钒薄膜出现光亮表面，然后用模具清洗剂喷洗，并用干净棉布擦干。
4.根据权利要求1所述的基于X-射线光谱仪测量碳化钒薄膜厚度的方法，其特征在于，还包括：采用X-射线光谱仪对涂覆于模具表面的碳化钒薄膜的元素进行测量。
5.根据权利要求1所述的基于X-射线光谱仪测量碳化钒薄膜厚度的方法，其特征在于，采用TD处理技术获得所述碳化钒薄膜。
6.根据权利要求1所述的基于X-射线光谱仪测量碳化钒薄膜厚度的方法，其特征在于，所述碳化钒薄膜的厚度在0~30μm的范围内。
7.根据权利要求4所述的基于X-射线光谱仪测量碳化钒薄膜厚度的方法，其特征在于，所述碳化钒薄膜的元素包括钒、碳、铌和铬。
8.根据权利要求1或4所述的基于X-射线光谱仪测量碳化钒薄膜厚度的方法，其特征在于，测量时间为3~30秒。
9.根据权利要求8所述的基于X-射线光谱仪测量碳化钒薄膜厚度的方法，其特征在于，测量时间为5秒、10秒、15秒或20秒。
10.根据权利要求1所述的基于X-射线光谱仪测量碳化钒薄膜厚度的方法，其特征在于，X-射线光谱仪由X-射线管和探测系统构成。
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