CN115356273A - 一种金属材料表面氧化变色程度测定方法 - Google Patents

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娄花芬
莫永达
王同波
张嘉凝
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Abstract

本发明涉及金属材料表面测量技术领域,提供一种金属材料表面氧化变色程度测定方法,包括利用CIE Lab色空间测试方法对待测金属材料表面的氧化变色程度进行测定,具体包括:利用分光测色仪对待测金属材料表面的空间色度值进行m次测量,并计算待测金属材料表面的空间色度平均值;选取未被氧化的金属材料样品作为标样,利用分光测色仪对标样表面的空间色度值进行n次测量,并计算标样表面的空间色度平均值;计算待测金属材料表面氧化后的色差值;根据色差值判断待测金属材料表面的氧化变色程度。本发明能够实现金属材料表面氧化变色程度的在线、精确、高效测定,且流程简单、操作方便、成本低下。

Description

一种金属材料表面氧化变色程度测定方法
技术领域
本发明涉及金属材料表面测量技术领域,尤其是涉及一种金属材料表面氧化变色程度测定方法。
背景技术
金属材料中,尤其是铜合金板带材在轧制卷装、运输存储及开卷使用的过程中,可能处于高温、高湿环境中,会产生变色、表面质量下降等问题,影响铜板带后续的加工和使用。此外,作为引线框架用的铜带在封装过程中会暴露在150℃~250℃的温度下,经历芯片粘接固化、导线键合、塑封,使得铜合金表面形成一层氧化层。铜的氧化产物主要是氧化亚铜和氧化铜,它们的性质和结构有所差别,导致二者与铜基体之间的结合强度也有区别。这一差别可能会对引线框架表面与封装材料之间的粘接情况产生影响,从而影响产品的服役性能。铜合金表面氧化或腐蚀会导致表面变色,不仅影响产品外观,更影响使用性能,给产品的稳定性及可靠性造成干扰。为提升产品质量以及改善铜带材的使用性能,需要对铜材在生产、运输、封装应用等过程所处环境条件下的表面氧化变色进行鉴别以明确表面氧化程度,进而对铜材后续应用提供指导与建议。
目前,铜材表面氧化程度的测定方法主要有人工目视法、电阻测定法、氧化增重法、俄歇电子能谱法、X射线电子能谱法等。其中,人工目视法依据人员经验进行在线判定,由于观察者是按照“目视感受→思维判断”的方式对金属材料表面的颜色变化用语言描述,代表着观察者自己的理解,受环境、人感官和心理影响很大,有较大的离散性和随机误差。而其他方法需要对铜材进行取样测定,流程复杂,成本较高,不利于实现铜材表面氧化程度的快速检测。因此,寻找一种可在线、精确、快速鉴别铜材表面氧化程度的方法在铜材的研究与应用中具有极为重要的作用。
公开号为CN105717108A的专利申请“化学分析液体颜色CIE1976Lab色空间测定方法”及公开号为CN107421948A的专利申请“基于CIELab色空间的检测溶液颜色变化的方法”分别公开了利用CIELab色空间测定液体颜色的方法,对液体颜色变化过程中采用CIELab色空间测定的方法进行了准确描述,实现了溶液颜色变化的数字化测量。但是,以上专利仅针对液体中化学反应导致的颜色变化进行测定,对于金属材料表面氧化后颜色变化目前尚无精准测定方法。
发明内容
针对现有技术存在的问题,本发明提供一种金属材料表面氧化变色程度测定方法,能够实现金属材料表面氧化变色程度的在线、精确、高效测定,且流程简单、操作方便、成本低下。
本发明的技术方案为:
一种金属材料表面氧化变色程度测定方法,包括:利用CIELab色空间测试方法对待测金属材料表面的氧化变色程度进行测定。
进一步的,所述利用CIELab色空间测试方法对待测金属材料表面的氧化变色程度进行测定,具体包括下述步骤:
步骤1:利用分光测色仪对待测金属材料表面的空间色度值进行m次测量,并计算待测金属材料表面的空间色度平均值L1、a1、b1;其中,L1为待测金属材料表面的亮度平均值,a1、b1为待测金属材料表面的色坐标平均值,m≥3;
步骤2:选取未被氧化的金属材料样品作为标样,利用分光测色仪对标样表面的空间色度值进行n次测量,并计算标样表面的空间色度平均值L2、a2、b2;其中,所述标样与待测金属材料的成分及加工条件均相同,n≥3;
步骤3:计算待测金属材料表面氧化后的色差值△E=[(L1-L2)2+(a1-a2)2+(b1-b2)2]1/2
步骤4:根据色差值△E判断待测金属材料表面的氧化变色程度。
进一步的,所述步骤1与所述步骤2中,在利用分光测色仪测量空间色度值之前,还对分光测色仪进行标准化,具体包括:
测量口径选择:若待测件的被测面面积大于Φ8mm口径覆盖范围,则选用Φ8mm的测量口径;若待测件的被测面面积小于Φ8mm口径覆盖范围,则选用Φ4mm的测量口径;
光源选择:选择分光测色仪的光源为D55或D65或D75,设置观察者角度为2°或10°;
黑白校正:用擦拭布擦拭标准板并对分光测色仪进行黑白校正。
进一步的,所述步骤4具体包括:若△E≤4,则待测金属材料表面的氧化变色程度不明显;若△E>4,则待测金属材料表面的氧化变色程度明显。
进一步的,所述金属材料为铜合金。
本发明的有益效果为:
本发明通过利用CIELab色空间测试方法,对待测金属材料及未被氧化的标样表面分别测量空间色度值,通过对比计算待测金属材料表面氧化后的色差值,根据色差值判断待测金属材料表面的氧化变色程度,能够实现金属材料表面氧化变色程度的在线、精确、高效测定,不需对金属材料进行取样测定,有效避免了环境、人感官导致的离散性和随机误差,且流程简单、操作方便、成本低下,有利于实现批量化检测。
附图说明
图1为实施例1中本发明的金属材料表面氧化变色程度测定方法的流程图。
图2为实施例1中未氧化的C19400标样表面的SEM形貌图。
图3为实施例1中待测定的C19400样品表面的SEM形貌图。
图4为实施例2中未氧化的C70250标样表面的SEM形貌图。
图5为实施例2中待测定的C70250样品表面的SEM形貌图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式,对本发明作进一步描述。
金属材料在放置或加工过程中表面氧化速率不同,产生的氧化物种类、氧化物薄膜厚度会有所不同,由此造成表面衬度(颜色)也有所差别。CIELab色空间测量方法可用于描述正常视力的人裸眼能见的颜色,色域宽阔且与设备无关,便于应用。在Lab色彩空间中,每个颜色都可以用L、a、b三个值来表示,L表示亮度,(a,b)表示色坐标,a表示颜色从深绿色(低亮度值)到灰色(中亮度值)再到亮粉红色(高亮度值),b表示颜色从亮蓝色(低亮度值)到灰色(中亮度值)再到黄色(高亮度值)。为实现金属材料表面氧化变色程度的在线、精确、高效测定,本发明利用CIELab色空间测试方法对待测金属材料表面的氧化变色程度进行测定,具体的,利用CIELab色空间测量方法对待测金属材料表面色度值进行测定,通过与未氧化标样对比获取色差值△E,基于色差值△E的数值结果判定待测金属材料表面的氧化程度。其中,所述待测金属材料可以为经过湿热环境储存或高温处理后的金属材料。
实施例1
本实施例1中,如图1所示,利用CIELab色空间测试方法对尺寸为20mm×20mm、在25℃、60%RH湿度条件下储存7天的C19400铜合金带材表面的氧化变色程度进行测定,具体包括下述步骤:
步骤1:利用分光测色仪对待测金属材料表面的空间色度值进行5次测量,并计算待测金属材料表面的空间色度平均值L1为85、a1为10、b1为54;其中,L1为待测金属材料表面的亮度平均值,a1、b1为待测金属材料表面的色坐标平均值;
步骤2:选取未被氧化的与待测金属材料相同成分与加工条件的C19400金属材料样品作为标样,利用分光测色仪对标样表面的空间色度值进行5次测量,并计算标样表面的空间色度平均值L2为86、a2为11、b2为51;
步骤3:计算待测金属材料表面氧化后的色差值△E=[(L1-L2)2+(a1-a2)2+(b1-b2)2]1/2=3.32;
步骤4:根据色差值△E判断待测金属材料表面的氧化变色程度:由于3.32≤4,则本实施例1中C19400铜合金带材的氧化变色程度不明显。
待测件经氧化后会呈现不同的颜色,将色差值△E与扫描电镜结果比对,能够得到不同色差值△E与氧化薄膜结构状态的对应结果。本实施例1中,未氧化的C19400标样、待测定的C19400样品表面的SEM形貌图分别如图2、图3所示。通过SEM方式对氧化的C19400铜合金带材的表面进行观察,得到△E与氧化薄膜结构状态的对应关系,建立对应关系可以是在记录本记录颜色信息与氧化程度的对应关系。本实施例1中,通过SEM方式观察发现,在△E为3.32时,C19400铜材的表面氧化变色程度不明显。
本实施例1中,在利用分光测色仪测量空间色度值之前,还对分光测色仪进行标准化,具体包括:
测量口径选择:根据C19400铜合金带材的被测面尺寸20mm×20mm,选用Φ8mm的测量口径;切换仪器系统设置的测量口径,使其与实际测量口径相符;
光源选择:选择分光测色仪的光源为D65,设置观察者角度为10°;
黑白校正:用擦拭布擦拭标准板以确保工作面干净,并对分光测色仪进行黑白校正以保证测试色度数据的有效性。
实施例2
本实施例2中,利用CIELab色空间测试方法对尺寸为20mm×20mm、在40℃、90%RH湿度条件下储存14天的C70250铜合金带材表面的氧化变色程度进行测定,具体包括下述步骤:
步骤1:利用分光测色仪对待测金属材料表面的空间色度值进行5次测量,并计算待测金属材料表面的空间色度平均值L1为60、a1为14、b1为24;其中,L1为待测金属材料表面的亮度平均值,a1、b1为待测金属材料表面的色坐标平均值;
步骤2:选取未被氧化的与待测金属材料相同成分与加工条件的C70250金属材料样品作为标样,利用分光测色仪对标样表面的空间色度值进行5次测量,并计算标样表面的空间色度平均值L2为83、a2为14、b2为36;
步骤3:计算待测金属材料表面氧化后的色差值△E=[(L1-L2)2+(a1-a2)2+(b1-b2)2]1/2=26.02;
步骤4:根据色差值△E判断待测金属材料表面的氧化变色程度:由于26.02>4,则本实施例1中C70250铜合金带材的氧化变色程度明显。
待测件经氧化后会呈现不同的颜色,将色差值△E与扫描电镜结果比对,能够得到不同色差值△E与氧化薄膜结构状态的对应结果。本实施例2中,未氧化的C70250标样、待测定的C70250样品表面的SEM形貌图分别如图3、图4所示。通过SEM方式对氧化的C70250铜合金带材的表面进行观察,得到△E与氧化薄膜结构状态的对应关系,在△E为26.02时,C70250铜材的表面氧化变色程度明显。
本实施例2中,在利用分光测色仪测量空间色度值之前,还对分光测色仪进行标准化,具体包括:
测量口径选择:根据C70250铜合金带材的被测面尺寸20mm×20mm,选用Φ8mm的测量口径;
光源选择:选择分光测色仪的光源为D65,设置观察者角度为10°;
黑白校正:用擦拭布擦拭标准板以确保工作面干净,并对分光测色仪进行黑白校正以保证测试色度数据的有效性。
实施例3
本实施例3中,利用CIELab色空间测试方法对尺寸为20mm×20mm、在250℃条件下保温60min的C19210铜合金带材表面的氧化变色程度进行测定,具体包括下述步骤:
步骤1:利用分光测色仪对待测金属材料表面的空间色度值进行5次测量,并计算待测金属材料表面的空间色度平均值L1为31、a1为24、b1为15;其中,L1为待测金属材料表面的亮度平均值,a1、b1为待测金属材料表面的色坐标平均值;
步骤2:选取未被氧化的与待测金属材料相同成分与加工条件的C19210金属材料样品作为标样,利用分光测色仪对标样表面的空间色度值进行5次测量,并计算标样表面的空间色度平均值L2为85、a2为12、b2为46;
步骤3:计算待测金属材料表面氧化后的色差值△E=[(L1-L2)2+(a1-a2)2+(b1-b2)2]1/2=63.41;
步骤4:根据色差值△E判断待测金属材料表面的氧化变色程度:由于63.41>4,则本实施例1中C19210铜合金带材的氧化变色程度明显。
待测件经氧化后会呈现不同的颜色,将色差值△E与扫描电镜结果比对,能够得到不同色差值△E与氧化薄膜结构状态的对应结果。本实施例3中,通过SEM方式对氧化的C19210铜合金带材的表面进行观察,得到△E与氧化薄膜结构状态的对应关系,在△E为63.41时,C19210铜材的表面氧化变色程度明显。
本实施例3中,在利用分光测色仪测量空间色度值之前,还对分光测色仪进行标准化,具体包括:
测量口径选择:根据C19210铜合金带材的被测面尺寸20mm×20mm,选用Φ8mm的测量口径;
光源选择:选择分光测色仪的光源为D65,设置观察者角度为10°;
黑白校正:用擦拭布擦拭标准板以确保工作面干净,并对分光测色仪进行黑白校正以保证测试色度数据的有效性。
本发明的上述实施例中,利用CIELab色空间测试方法,对待测金属材料及未被氧化的标样表面分别测量空间色度值,通过对比计算待测金属材料表面氧化后的色差值,根据色差值判断待测金属材料表面的氧化变色程度,实现了金属材料表面氧化变色程度的在线、精确、高效测定,不需对金属材料进行取样测定,有效避免了环境、人感官导致的离散性和随机误差,且流程简单、操作方便、成本低下,有利于实现批量化检测。
需要特别说明的是,虽然上述实施例均以铜材为例子,但是其他金属材料的氧化变色程度也可以用同样的方法加以测定。
显然,上述实施例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。上述实施例仅用于解释本发明,并不构成对本发明保护范围的限定。基于上述实施例,本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,也即凡在本申请的精神和原理之内所作的所有修改、等同替换和改进等,均落在本发明要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种金属材料表面氧化变色程度测定方法,其特征在于,包括:利用CIE Lab色空间测试方法对待测金属材料表面的氧化变色程度进行测定。
2.根据权利要求1所述的金属材料表面氧化变色程度测定方法,其特征在于,所述利用CIE Lab色空间测试方法对待测金属材料表面的氧化变色程度进行测定,具体包括下述步骤:
步骤1:利用分光测色仪对待测金属材料表面的空间色度值进行m次测量,并计算待测金属材料表面的空间色度平均值L1、a1、b1;其中,L1为待测金属材料表面的亮度平均值,a1、b1为待测金属材料表面的色坐标平均值,m≥3;
步骤2:选取未被氧化的金属材料样品作为标样,利用分光测色仪对标样表面的空间色度值进行n次测量,并计算标样表面的空间色度平均值L2、a2、b2;其中,所述标样与待测金属材料的成分及加工条件均相同,n≥3;
步骤3:计算待测金属材料表面氧化后的色差值△E=[(L1-L2)2+(a1-a2)2+(b1-b2)2]1/2
步骤4:根据色差值△E判断待测金属材料表面的氧化变色程度。
3.根据权利要求2所述的金属材料表面氧化变色程度测定方法,其特征在于,所述步骤1与所述步骤2中,在利用分光测色仪测量空间色度值之前,还对分光测色仪进行标准化,具体包括:
测量口径选择:若待测件的被测面面积大于Φ8mm口径覆盖范围,则选用Φ8mm的测量口径;若待测件的被测面面积小于Φ8mm口径覆盖范围,则选用Φ4mm的测量口径;
光源选择:选择分光测色仪的光源为D55或D65或D75,设置观察者角度为2°或10°;
黑白校正:用擦拭布擦拭标准板并对分光测色仪进行黑白校正。
4.根据权利要求2所述的金属材料表面氧化变色程度测定方法,其特征在于,所述步骤4具体包括:若△E≤4,则待测金属材料表面的氧化变色程度不明显;若△E>4,则待测金属材料表面的氧化变色程度明显。
5.根据权利要求1所述的金属材料表面氧化变色程度测定方法,其特征在于,所述金属材料为铜合金。
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