CN105699137B - 金属铬的结构显示方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种金属铬的结构显示方法，包括：在提供金属铬后，以采用体积百分比浓度为30～40％的盐酸作为浸蚀液，对金属铬进行浸蚀处理。体积百分比浓度为30～40％的盐酸可有效地溶解金属铬表面的非晶相，并基于各晶粒间原子排列规律性较差，且具有较高自由能的特质，浸蚀液由各晶粒的晶界进入，使各晶粒间的晶界将面被腐蚀呈沟壑状，使得各晶粒间的结构显现，各晶粒结构凸显，从而便于后续更好地观察不同晶粒在上述浸蚀液内基于不同的溶解度而突显不同的结构，进而获取金属铬在浸蚀处理后不同的金相结构图片，以获取更为准确的内部结构信息。

Description

金属铬的结构显示方法

技术领域

本发明涉及金相样品制备领域，尤其是涉及一种金属铬的结构显示方法。

背景技术

铬是一种银白色金属，其对于酸和碱均具有较好的耐腐蚀性，且在大气中钝化能力强，不易与空气发生反应，可长久地保持光泽，而且铬还具有较高的硬度和电阻率。

基于上述优势，铬在机械功能薄膜层、微电子薄膜、电磁功能薄膜、光学薄膜表面工程中得到广泛应用。其中，在微电子薄膜以及电磁功能薄膜应用中，大多通过溅射镀膜工艺形成铬薄膜。

随着微电子器件的发展，铬镀膜各部分的均匀度等要求不断提升。而溅射镀膜工艺中所使用的铬靶材的质量对形成的铬薄膜具有重要影响。如铬靶材的硬度、强度、延伸度、致密度、晶粒尺寸，以及金属铬的各部分组织均匀度，直接影响金属铬的溅射速率以及铬薄膜的均匀度。

为此，在铬靶材制造工艺中，在形成铬靶材后，需对铬靶材进行结构测定，以确保形成的铬靶材的质量；此外，铬靶材的结构测定结果可发现铬靶材的结构缺陷，对于后续改进铬靶材的制造工艺以提升铬靶材的质量具有重要的意义。

在金属(或合金)结构测定工艺中，对金属材料的金相和晶界的测定是研究金属材料内部组织结构最为直接且最为有效的方法。

金相是指金属或合金的化学成分以及各种成分在合金内部的物理状态和化学状态。晶界是指结构相同而取向不同的晶粒之间的界面；在晶界界面上，原子排列从一个取向过渡到另一个取向，故晶界处原子排列处于过渡状态。

通过观察金属的金相以及晶界结构可获取金属(或合金)的内部结构组织。现有的金属结构的测定方法多通过浸蚀处理的方式使金属的金属晶界以及金相显现出来。

然而随着对于铬靶材要求提升，业界对于铬靶材的纯度等要求不断提高，铬靶材的内部结构也发生不断地改变，现有的腐蚀剂浸蚀方法已无法准确的获取金属铬内部组织结构，为此现有技术对于铬靶材的质量掌控以及分析存在严重不足。

为此，如何准确获取高纯铬靶材的内部组织结构信息是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种金属铬的结构显示方法，从而可准确而清晰地显示金属铬的金相结构，以获取金属铬的内部结构信息。

为解决上述问题，本发明所提供的金属铬的结构显示方法，包括：

提供金属铬；

将金属铬置入体积百分比浓度为30～40％的盐酸溶液中浸蚀，使金属铬金相显现。

如权利要求1所述的金属铬的结构显示方法，可选地，所述浸蚀维持2～3min。

可选地，所述盐酸的体积百分比浓度为36～38％。

可选地，所述金属铬包括测试面，使金属铬金相显现的步骤包括：使测试面的金相显现；

在进行所述浸蚀步骤前，金属铬的结构显示方法还包括：对所述金属铬的测试面进行机械抛光处理。

可选地，所述机械抛光处理包括：采用被绒布包裹的砂轮研磨所述测试面。

可选地，所述机械抛光处理的步骤包括，砂轮的转速为300～500r/min，持续抛光2～3min。

可选地，所述机械抛光处理的步骤还包括：向所述金属铬的测试面喷涂酒精溶液，以去除抛光残留。

可选地，在对所述金属铬的测试面进行机械抛光处理前，先对所述金属铬的测试面进行砂纸预抛光，之后再对所述测试面进行所述机械抛光处理。

可选地，对所述金属铬的测试面进行砂纸预抛光的步骤包括：采用砂纸抛光所述测试面至所述金属铬的表面粗糙度Ra≤0.2。

可选地，所述砂纸预抛光的步骤包括：采用磨砂颗粒由大至小的多张砂纸依此对所述金属铬的测试面进行抛光。

可选地，所述砂纸预抛光的步骤还包括：向所述金属铬的测试面喷涂水，以去除抛光残留。

可选地，将所述金属铬的测试面水平放置，对所述金属铬的测试面进行浸蚀处理，使金属铬的测试面的金相结构显现，并以所述金属铬的测试面的金相结构作为金属铬的金相结构。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

采用体积百分比浓度为30～40％的盐酸作为浸蚀液，对金属铬进行浸蚀处理，上述浸蚀处理过程中，体积百分比浓度为30～40％的盐酸可有效地溶解金属铬表面的非晶相，并基于各晶粒间(即处在晶界上)原子排列规律性较差，处在晶界上的原子具有较高自由能的特质，浸蚀液由各晶粒的晶界进入，使各晶粒间的晶界面被腐蚀呈沟壑状，使各晶粒结构凸显；而且上述浸蚀液对于各晶粒具有适当的溶解度，从而便于后续更好地观察不同晶粒在上述浸蚀液内，基于不同晶粒取向所引起的溶解度差异，从而突显的不同结构，进而获取金属铬在浸蚀处理后的金相结构图片，以获取更为准确的内部结构信息。

附图说明

图1为本发明金属铬的结构显示方法一实施例的流程结构图；

图2是图1中所述金属铬的结构显示方法各流程步骤的结构示意图；

图3～图5为采用本发明金属铬的结构显示方法后的金属铬的电镜图，以及现有的金属铬的结构显示方法获取的金属铬的电镜图。

具体实施方式

正如背景技术中所述，随着铬靶材的纯度提高，现有的浸蚀处理工艺已无法清晰地显示铬靶材内部的金相以及晶界结构，进而无法获取铬靶材内部的结构组织信息。分析其原因：

浸蚀处理工艺是通过浸蚀液先溶解金属表面的非晶相，之后基于晶粒间晶界处的原子排列规律性较差，自由能较大的特质腐蚀晶界除的结构，以及晶界处的杂质，使各晶粒间的晶界将面被腐蚀呈沟壑状，从而凸显各晶粒；并且通过观察不同的晶粒基于不同的晶粒取向而引起的溶解度差异，从而凸显的不同结构，以获取金属的金相结构信息。然而随着铬靶材的纯度提升，各晶粒间的杂质量减小，且各晶粒排列更为整齐，即提升了各晶粒间界面上的原子排列规律性，因而提升了浸蚀工艺显现铬金属金相结构的难度，现有浸蚀工艺无法准去获取高纯度的金属铬的金相结构。

为此，本发明提供了一种金属铬的结构显示方法，包括：

在提供金属铬后，以采用体积百分比浓度为30～40％的盐酸作为浸蚀液，对金属铬进行浸蚀处理。经试验证明，体积百分比浓度为30～40％的盐酸可有效地溶解金属铬表面的非晶相，并基于各晶粒间(即处在晶界上)原子排列规律性较差，处在晶界上的原子具有较高自由能的特质，浸蚀液由各晶粒的晶界进入，使各晶粒间的晶界面被腐蚀呈沟壑状，使晶粒结构凸显；而且上述浸蚀液对于各晶粒具有适当的溶解度，从而便于后续更好地观察不同晶粒在上述浸蚀液内，基于不同晶粒取向所引起的溶解度差异，而突显的不同结构，进而获取金属铬在浸蚀处理后的金相结构图片，以获取更为准确的内部结构信息。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图，以对本发明的具体实施例作详细的说明。

图1为本发明金属铬的结构显示方法一实施例的流程结构图；图2为图1中，所述金属铬的结构显示方法各流程步骤的结构示意图。

本实施例中，所述金属铬的结构显示方法包括：

参考图1，执行步骤S1，提供金属铬。

结合参考图2，本实施例中，所述金属铬100可以使作为高纯的铬靶材(纯度大于99.5％)的材料，其可以是由高纯铬靶材上取下的作为试样的一部分，所述高纯铬靶材的为磁控溅射领域所使用的高纯铬靶材，其制备方法在此不再赘述。

所述金属铬100包括测试面110，为了方便描述，以所述测试面110作为测试对象，观察所述金属铬内的金相结构。

继续参考图1，在对所述金属铬100进行浸蚀处理前，先执行步骤S2，对所述金属铬100进行抛光处理。

本实施例中，对所述金属铬100进行抛光处理的步骤为，对所述金属铬100的测试面110进行抛光处理，抛光后可提高金属铬100的表面平整度，从而在后续浸蚀处理中，提高测试面110各部分晶粒腐蚀条件一致性，从而获得更准确的各晶粒溶解差异性，凸显各晶粒的结构差异，以获取更准确的金属铬的金相结构信息。

结合参考图2，本实施例中，所述抛光处理的步骤包括多个阶段，具体包括：

首先，对所述金属铬100的测试面110进行砂纸预抛光步骤。

在所述砂纸预抛光步骤可有效去除所述金属铬100测试面110表面的氧化层(铬在空气中与氧气所形成的杂质)等杂质。

在砂纸预抛光过程中，若砂纸200的磨砂颗粒过大，可提高所述金属铬100的测试面110上的氧化层的去除效率，但会降低所述测试面110的平整度，如在所述测试面110上形成沟痕；若砂纸200的磨砂颗粒过小，抛光效率过低，且不利于去除硬度较大的杂质；此外若砂纸200抛光时间过短，会在金属铬100的测试面上残留杂质，若砂纸200抛光时间过长会损伤金属铬100的结构。

可选地，在所述金属铬100的测试面110进行砂纸预抛光后，至金属铬100的测试面110的表面粗糙度Ra≤0.2，从而便于后续浸蚀处理后使得金属铬100的测试面110的金相结构清晰显现。

进一步可选地，所述砂纸预抛光步骤又包括多个步骤。具体地，采用磨砂颗粒由大到小的砂纸依次进行抛光处理。其中，较大磨砂颗粒的砂纸可有效提高金属铬100的测试面110表面的氧化层的力度，而磨砂颗粒较小的砂纸可在进一步去除所述测试面110表面细小杂质的同时，提高测试面110表面的平整度和光滑度。

本实施例中，所述砂纸预抛光步骤具体包括，先采用磨砂颗粒的尺寸为600微米(μm)左右的砂纸高效地去除所述测试面110表面的氧化层；接着，采用磨砂颗粒的尺寸小于50μm的砂纸进行二次抛光，以减小采用大尺寸磨砂颗粒的砂纸在所述测试面110上形成的划痕；之后再采用磨砂颗粒的尺寸为小于20μm的砂纸进一步提高测试面的平整度和光滑度。

砂纸预抛光步骤一实施例包括，先采用400#砂纸(磨砂颗粒的尺寸为630μm左右)进行抛光1～2分钟(min)，之后采用800#砂纸(磨砂颗粒的尺寸为30μm左右)进行抛光1～3min，再采用1500#砂纸(磨砂颗粒的尺寸为17μm左右)进行抛光2～5min，从而有效去除所述金属铬100的测试面110上的杂质同时，提高砂纸预抛光后的金属铬100的测试面111的平整度和光滑度，同时减小砂纸预抛光后的所述测试面111上金属铬的结构损伤。

进一步可选地，在进行砂纸预抛光的同时，可持续向所述测试面110上喷涂水，以去除砂纸抛光后在测试面上形成的抛光残留；同时对所述金属铬100进行降温处理。

在完成所述砂纸预抛光之后，再对所述金属铬100的测试面111进行机械抛光处理，以进一步提高所述测试面111的平整度和表面光滑度，从而在后续进行浸蚀处理时，可提高所述测试面111各部位浸蚀条件均一性。

本实施例中，所述机械研磨的过程包括：

采用被绒布310包裹的砂轮300研磨所述金属铬100的测试面11，所述绒布310的材质较软，可有效减小金属铬100的测试面111的损伤；研磨过程中，在绒布310上涂覆金刚石研磨膏，从而在进一步提高去除所述测试面111上的杂质的同时，进一步提高机械抛光后的金属铬100的测试面112的表面平整度和光滑度。

因为砂纸预抛光后，已有效去除了金属铬100的测试面上的氧化层，并提高了砂纸预抛光后的测试面111的平整度和光滑度，因而在后续机械抛光过程中，可有效减小基于测试面111上的氧化层，以及测试面111局部平整度和光滑度差异而造成的绒布310局部磨损情况，从而提高机械抛光效果。

所述机械研磨技术为本领域成熟技术，具体过程在此不再赘述。

在上述机械抛光过程中，若砂轮300的转速过快可提高所述抛光速率，但会降低机械抛光后的金属铬100的测试面112的平整度和光滑度；若砂轮300的转速过慢，降低抛光速率同时，也会降低机械抛光后的金属铬100的测试面112的平整度和光滑度。

本实施例中，所述砂轮300的转速为300～500r/min，并持续机械抛光抛光2～3min，从而确保机械抛光效率同时，提高金属铬100的测试面112的平整度和光滑度。

可选地，在对所述金属铬100的测试面111进行机械抛光处理的过程中，向所述金属铬100的测试面111喷涂酒精溶液，以去除机械抛光时产生的抛光残留；同时所述酒精溶液可对所述金属铬100的测试面111进行降温处理，从而避免金属铬100和金刚石研磨膏在高温下产生研磨副产物，并使研磨副产物污染所述金属铬，以避免所述研磨副产物对于后续金属铬100的浸蚀工艺影响，比如避免基于所述研磨副产物附着在经机械抛光处理后的测试面112上而阻碍测试面112上的晶粒溶解，从而影响后续经浸蚀处理后的测试面113上的金相结构显现效果。

在完成对所述金属铬100的测试面的抛光处理后，再次参考图1，执行步骤S3，采用体积百分比浓度为30～40％的盐酸溶液对抛光处理后的金属铬进行浸蚀处理，从而使得金属铬100的测试面112上的金属铬金相显现。

结合参考图2，在上述浸蚀处理的步骤具体包括：

将所述金属铬100置入浸蚀液400(体积百分比浓度为30～40％的盐酸溶液)内，其中，所述金属铬100位于所述浸蚀液的中间位置，且使所述金属铬100的测试面112(即抛光表面)呈水平放置，从而使所述金属铬100的测试面112各部分被均匀浸蚀。

金属浸蚀处理以显现金属铬金相的方法中，因为测试面111上晶粒与晶粒取向不同，致使各晶粒的溶解度的不同，突显的浸蚀后各晶粒的不同结构，金属的内部金相结构就被显示出来。但在浸蚀处理过程中，若浸蚀液组分选择不恰当，或是浸蚀液浓度过大或过小会造成金属无法充分溶解而内部结构无法显现，抑或是溶解度多大而致使无法区分金相结构等缺陷，从而影响金属金相结构显现。

本实施例采用体积百分比浓度为30～40％的盐酸溶液作为浸蚀液，在金属铬100的浸蚀处理过程中，浸蚀液有效地溶解金属铬100的测试面112表面的非晶相。此外，基于测试面112上各晶粒间原子排列规律性较差，且具有较高自由能的特质，浸蚀液由各晶粒的晶界进入，使各晶粒间的晶界将面被腐蚀呈沟壑状，使晶粒结构凸显；而且在体积百分比浓度为30～40％的盐酸溶液对各晶粒具有适当的溶解度，从而便于后续更好地观察不同晶粒在上述浸蚀液内，基于不同晶粒取向所引起的溶解度差异，而突显的不同结构，进而获取金属铬在浸蚀处理后的金相结构图片，以获取更为准确的内部结构信息。

进一步可选地，所述浸蚀液的盐酸的体积百分比浓度为36～38％。该浓度的盐酸溶液，可更为高效而清晰地显示高纯度金属铬的金相结构。

参考图3，图3为采用不同的浸蚀液进行的浸蚀处理后的金属铬100的测试面113的电镜图。

其中，图3a为采用体积百分比浓度为30％左右的盐酸作为浸蚀液，图3b为采用体积百分比浓度为30％左右的硫酸作为浸蚀液，浸蚀时间为2～3分钟的金属铬电镜图；

对比图3a可较为清晰的辨析金属铬的金相结构，而图3b中金属铬被严重腐蚀，因而无法清晰的辨析金属铬的金相结构。

参考图4，图4为采用不浓度的盐酸作为浸蚀液进行的浸蚀处理后的金属铬100的测试面110的电镜图。

其中，图4a、4b、4c、4d、4e分别为采用体积百分比浓度为30％、36％、37％、40％和50％左右的盐酸作为浸蚀液，浸蚀时间为2～3分钟的金属铬电镜图；

对比图4a、4b、4c、4d、4e可知，在采用体积百分比浓度为30％～40％的盐酸进行浸蚀处理后的金属铬的金相结构辨识度较高，其中，4b、4c、4d的金相最为清晰。但图4e中，采用体积百分比浓度为50％左右的盐酸进行浸蚀处理后的金属铬被腐蚀情况较为严重，金属铬的金相结构辨识度较低。

可选地，在采用体积百分比浓度为30～40％的盐酸溶液作为浸蚀液，对金属铬100的浸蚀处理过程中，浸蚀时间长短也会影响金属铬100的金相显示效果。

在金属铬100的浸蚀处理过程中，若浸蚀时间过长，造成金属铬100内的各晶粒溶解过度；若浸蚀时间过短，造成各晶粒溶解不够充分，从而无法使得金相结构显现。

参考图5，图5为采用相同浓度(体积百分比浓度为40％左右)的盐酸作为浸蚀液持续不同时间后浸蚀处理后的金属铬100的测试面113的电镜图。

其中，图5a、5b和5c中分别为浸蚀时间为1分钟、2～3分钟，以及大于6分钟后的金属铬的金相结构电镜图。

对比图5a、5b和5c可知，图5a中的金属铬的腐蚀程度不够，金相结构模糊而无法辨认；图5b中的金属铬的金相结构清晰可辨；图5c中的金属铬被腐蚀过多，因而金相结构较为模糊。

可选地，本实施例中，金属铬100在体积百分比浓度为30～40％的盐酸溶液内的浸蚀时间为2～3分钟(min)。

在浸蚀处理后，采用大量的去离子水清洗金属铬，以去除测试面113上的浸蚀液，并将金属铬100的测试面113吹干，在显微镜下观察测试面113的金相和晶界结构，以获取金属铬100内部的结构组织。

本发明采用体积百分比浓度为30～40％的盐酸作为浸蚀液，对金属铬进行浸蚀处理，从而可有效地溶解金属铬表面的非晶相，并基于各晶粒间原子排列规律性较差，处在晶界上的原子具有较高自由能的特质，浸蚀液由各晶粒的晶界进入，使各晶粒间的晶界面被腐蚀呈沟壑状，使晶粒结构凸显；而且上述浸蚀液对于各晶粒具有适当的溶解度，从而便于后续更好地观察不同晶粒在上述浸蚀液内，基于不同晶粒取向所引起的溶解度差异，而突显的不同结构，进而获取金属铬在浸蚀处理后的金相结构图片，以获取更为准确的内部结构信息。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (11)

1.一种金属铬的结构显示方法，其特征在于，

提供金属铬；

将金属铬置入体积百分比浓度为30～40％的盐酸溶液中浸蚀，使金属铬金相显现；

所述浸蚀维持2～3min。

2.如权利要求1所述的金属铬的结构显示方法，其特征在于，所述盐酸的体积百分比浓度为36～38％。

3.如权利要求1所述的金属铬的结构显示方法，其特征在于，

所述金属铬包括测试面，使金属铬金相显现的步骤包括：使测试面的金相显现；

在进行所述浸蚀步骤前，金属铬的结构显示方法还包括：对所述金属铬的测试面进行机械抛光处理。

4.如权利要求3所述的金属铬的结构显示方法，其特征在于，所述机械抛光处理包括：采用被绒布包裹的砂轮研磨所述测试面。

5.如权利要求4所述的金属铬的结构显示方法，其特征在于，所述机械抛光处理的步骤包括，砂轮的转速为300～500r/min，持续抛光2～3min。

6.如权利要求4所述的金属铬的结构显示方法，其特征在于，所述机械抛光处理的步骤还包括：向所述金属铬的测试面喷涂酒精溶液，以去除抛光残留。

7.如权利要求3所述的金属铬的结构显示方法，其特征在于，在对所述金属铬的测试面进行机械抛光处理前，先对所述金属铬的测试面进行砂纸预抛光，之后再对所述测试面进行所述机械抛光处理。

8.如权利要求7所述的金属铬的结构显示方法，其特征在于，对所述金属铬的测试面进行砂纸预抛光的步骤包括：采用砂纸抛光所述测试面至所述金属铬的表面粗糙度Ra≤0.2。

9.如权利要求8所述的金属铬的结构显示方法，其特征在于，所述砂纸预抛光的步骤包括：采用磨砂颗粒由大至小的多张砂纸依次 对所述金属铬的测试面进行抛光。

10.如权利要求7所述的金属铬的结构显示方法，其特征在于，所述砂纸预抛光的步骤还包括：向所述金属铬的测试面喷涂水，以去除抛光残留。

11.如权利要求3所述的金属铬的结构显示方法，其特征在于，将所述金属铬的测试面水平放置，对所述金属铬的测试面进行浸蚀处理，使金属铬的测试面的金相结构显现，并以所述金属铬的测试面的金相结构作为金属铬的金相结构。