JPS6095336A - 表面層の集合組織測定方法及び装置 - Google Patents

表面層の集合組織測定方法及び装置

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JPS6095336A
JPS6095336A JP58204531A JP20453183A JPS6095336A JP S6095336 A JPS6095336 A JP S6095336A JP 58204531 A JP58204531 A JP 58204531A JP 20453183 A JP20453183 A JP 20453183A JP S6095336 A JPS6095336 A JP S6095336A
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diffraction
surface layer
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Michio Katayama
片山 道雄
Takeshi Kitagawa
北川 孟
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JFE Steel Corp
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Kawasaki Steel Corp
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/20Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by using diffraction of the radiation by the materials, e.g. for investigating crystal structure; by using scattering of the radiation by the materials, e.g. for investigating non-crystalline materials; by using reflection of the radiation by the materials
    • G01N23/207Diffractometry using detectors, e.g. using a probe in a central position and one or more displaceable detectors in circumferential positions

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、表面層の集合組織測定方法に係り、特に、合
金化処理を施す亜鉛めっき鋼板などの表面処理鋼板の表
面被膜や合金層の集合組織を測定する際に用いるのに好
適な、結晶質表面層の集合@織を非分散X線回折法によ
り測定する表面層の集合組織測定方法の改良に関する。
合金化処理を施す亜鉛めっき鋼板などの表面処理鋼板の
表面被膜の厚さやその集合組織は、該表面処理鋼板の耐
食性、密着性あるいは加工性に大きな影響を与える。従
って、他の特性試験と共に、集合組織についても、精度
良く解析を行うことは((めて重要である。
従来から、この種の測定対象については、X線回折法が
よく利用されており、その回折法としては、一定波長の
特性X線を照射して、回折角度を変化させながら回折強
度を検出する、いわゆる角度分散法(以下分散法と称す
る〉と、連続したエネルギ分布の白色X線を照射して、
一定回折角度で回折強度を検出する、いわゆるエネルギ
分散法(以下非分散法と称する)が用いられている。
このうち前者の分散法を利用した場合、実用上、X線の
波長は一定の値を持つので、各回折結晶面の質量吸収係
数は一定となる。しかしながら、回折角度が結晶面に依
存して変化するので、結晶面毎にX線の侵入深さが変化
してしまい、表面被膜だけでなく、その下の物質の情報
も必然的に検出されてしまい、必要な表面被膜の情報を
精度良く得ることができない場合があるという問題点を
有していた。即ち、例えば測定対象が亜鉛めっき鋼板の
亜鉛めっき層である場合、この亜鉛めっき層の厚みは比
較的小さいので、分散法で測定すると、下地の鉄からの
回折強度が大きく検出され、更に、この鉄からの回折線
の一部が亜鉛の回折線と重複することもあって、特に亜
鉛めっき層が極めて薄い場合、その厚さや集合組織の測
定は、事実上不可能であった。
一方、後者の非分散法を利用した場合、従来のように、
回折角度を一定にして測定したのでは、回折結晶面に寄
与するエネルギが違うため、必然的に質量吸収係数も異
なってくる。従って、この場合でも、回折結晶面によっ
てX線侵入深さが変化してしまい、ミラー面指数の高い
ものほどX線侵入深さが大きくなって、回折強度が低下
するという問題点を有していた。
本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたも
ので、測定対象結晶面に対するX線侵入深さを表面N厚
さ以下、あるいは、これに近い一定深さとすることがで
き、従って、高精度の測定を行うことができる表面層の
集合組織測定方法を提供することを目的とする−0 本発明は、結晶質表面層の集合組織を非分散X線回折法
により測定する表面層の集合組織測定方法において、ま
ず、表面層成分の蛍光X線強度を検出して表面層厚さを
め、次いで、各測定対象結晶面毎に、前記表面層厚さ以
下、あるいは、これに近い一定のX線侵入深さを与える
設定回折角度をめ、各測定対象結晶面毎に、前記設定回
折角度となるよう回折角度を変えて回折強度を検出し、
該検出回折強度から表面層の表面法線方向の軸密度集合
組織を測定することとして、前記目的を達成したもので
ある。
本発明は、非分散法においては、白色X線を利用するの
で、X線のエネルギは連続した分布を持ち、回折角度を
変えると、任意の結晶面からのX線回折線は、回折角度
に依存して移動したエネルギ)白として1号られ、又、
一方では、x i!i!tt人深さも回折角度に依存し
て変化することに着目してなされたもので、各測定対象
結晶面毎に、X線侵入深さが、表面層厚さ以下で、且つ
、これに近い一定深さとなるように、回折角度を変えて
回折強度を検出することとして、X線浸入深さを、表面
層慶さ以下で、且つ、これに近い一定深さとなし、高f
il1度の測定が行えるようにしたものである。
即ち、ブラッグの式ど、電11波の波長λとエネルギE
の関係式とから、次式の関係が得られる。
E = l+c、2dsinθ ・・・ (1)ここで
、11はブランクの定数、Cは光速、dは、対象とする
結晶面の間隔、θは、大剣X線と試料面とのなす角度で
ある。
又、充分に厚い試料からの回折強度と厚さ×の試料から
の回折強度の比をRXとすると、厚さXど回折強度比R
×との関係は、次式に示す如くどなる。
X=Kxsin θ 、”’2 μ −(2)Kx −
1!n (1/ (1−Rx ))−(3)ここで、μ
は、試料の線吸収係数である。
今、99%の回折に寄与する、即ち、RX =0゜99
 (Kx =4.61 )となる深さ×を、有効侵入深
さとし、亜鉛の主要結晶面について侵入深さの結晶面依
存性を示すと、下記第1表及び第2表に示す如くとなる
。ここで、第1表は、MOKα特性X線を利用した従来
の分散法の計算結果を示し、第2表は、白色X線を利用
して回折角度2θ=22°一定とした時の従来の非分散
法のに1綽結果を示したものである。
第1表 第2表 第1表及び第2表から明らかな如く、従来の分散法、非
分散法のいずれにおいても、回折対象となる結晶面によ
り、X線の有効侵入深さが著しく変化していることがわ
かる。従って、厳密には、従来用いられてきたいずれの
方法によっても、回折に寄与する試料表面からの深さが
異なってしまい、正確な集合組織の測定が不可能であっ
たことがわかる。なお、厚さ方向で集合組織変化が見ら
れない場合は、測定された回折強度は無秩序配向試料(
以下ランダム試料と称する)の回折強度との比として正
規化されることもあり、実用上X線侵入深さの差異は問
題とならない。しかしながら、特に、めっき層などの被
膜の場合は、厚さ方向の集合組織変化が著しいので、大
きな問題となる。
そこで、本発明においては、測定対象となる結晶面毎に
、X線の有効侵入深さが一定となるよう、回折角度を変
化させることとしたものである。亜鉛を例にとって、そ
の主要結晶面のエネルギ値と99%有効侵入深さの関係
のzl算結果を示すと、第1図に示す如くとなる。又、
同じく亜鉛の主要回折面に対し、有効侵入深さが一定に
なるエネルギと回折角度2θの関係を示すと、下記第3
表に示す如くとなる。
第3表から明らかな如く、本発明により、各測定対象結
晶面毎に、回折角度を変化さすることによって、X線侵
入深さを一定とすることが可能である。
本発明では、集合組織は、ND//<hk、9>軸密度
(逆極点図)として測定される。
第3表 以下、図面を参照して、本発明が採用された亜鉛めっき
jlll板のめっき層集合組m測定装置の実施例を詳細
に説明する。
本実施例は、第2図に示す如く、装填された試料を、測
定時に回転試料台12に自動的に送り込むための自動試
料交換装置1oと、測定中に試料を面内回転するための
回転試料台12と、回折角度を測定するためのゴニオメ
ータ14と、試料から放出される回折X線の強度を検出
するための、検出角度が変更可能どされた半導体X線検
出器16と、該半導体X線検出器16出力を増幅するた
めのアンプ18と、該アンプ18出カをエネルギ分析す
るための多重波高選別器2oと、前記自動試料交換装置
10及びゴニオメータ14のへカをit算機24に与え
ると共に、計算機24の出力を前記自動試料交換装置1
o及びゴニオメータ14に与えるためのインターフェー
ス22と、前記多重波高選別器20出力及び前記インタ
ーフェース22を介して入力される前記ゴニオメータ1
4出力に応じて、本発明により亜鉛めっき層の表面法線
方向の軸密度集合組織を計算して、該計算結果をプリン
タ26又はX−Yプロッタ28に出力すると共に、前記
自動試料交換装置10、回転試料台12、ゴニオメータ
14等に必要な指令信号を与える計算機24とから構成
されている。
以下、前記実施例における測定方法を説明する。
測定に際しては、第3図に示づ如く、まずステップ11
0で前記自動試料受換装@10に指令信号を与えて試料
を装填又は交換する。次いで、ステップ112に進み、
めつき円成分、即ち亜鉛の蛍光X線強度を検出してめっ
き層厚さをめる。
具体的には、まず測定物体毎に、蛍光X線強度からめっ
き層厚さをめるために、例えば第4図に示すような校正
曲線を予め作成しておく。第4図は、亜鉛に関する校正
曲線を例示したもので、横軸は、亜鉛めっき鋼板断面の
光学顕微鏡写真から測定しためつき層厚さ、縦軸は、表
面の部分的な厚さ変動を平均化させるために、試料法線
軸まわりに面内回転を与えながら測定したZnKα(8
゜6KeV)の強度である。
この第4図に示されるような校正曲線を用いて、めっき
層厚さをめた後、ステップ114に進み、前記めっき層
厚さに基づいて、例えば前出第1図に示したような関係
から、各主要回折結晶面、例えば(102)面、(10
1)面、(100)面、(002>面のエネルギ値をめ
る。次いでステップ116に進み、前出第3表に示した
ような、エネルギ値と回折角度2θの関係から、各主要
回折結晶面毎に、めっき層厚さ以下で、且つ、これに近
い一定のX線侵入深さを与える設定回折角度2θ(10
2)、2θ(101)、2θ(100)、2θ(002
)をめる。次いでステップ118に進み、回折角度が最
も高角度側、即ち、高面指数側の前記設定回折角度2θ
(102)となるように、前記ゴニオメータ14が制御
される。次いでステップ120に進み、(102>面の
集合組織が測定される。(、102)面の集合Illl
l窓終了後、ステップ122に進み、次の測定対象結晶
面、即ち、回折角度2θが前記(102)面よりも小さ
い(101)面に適した設定回折角度2θ(102)と
なるように、ゴニオメータ14が制御される。次いてス
テップ124に進み、(101)面の集合組織が測定さ
れる。以下同様にして、ステップ126.128.13
0.132を繰返す。次いでステップ134に進み、全
試料の測定が終了したか否かを判定する。全試料の測定
が終了していない時には、前出ステップ110に戻り、
一方、全試料の測定が終了している時には、測定を終了
する。測定結果、即ち、各回折結晶面の回折強度値は、
例えば、事前に計算機24に記憶されている、ランダム
試料の対応する回折結晶面の回折強度値との比として、
めっき層の厚さと共に出力される。
本発明により、実製造ラインで製造されためつき厚さの
異なる溶融亜鉛めっきm板の亜鉛層集合組織(軸密度)
をi11定した結果を、MoKα特性X線を利用した従
来の分散法による測定結果、及び、回折角度を26=2
2°で一定とした従来の非分散法による測定結果と合わ
せて、下記第4表に示す。
第4表 第4表から明らかな如く、めっき層厚さが大きい試%4
(14,9μm及び10.4.czm > テは測定方
法による測定値の違いは見られないのに対し、めっき層
厚さの比較的小さい試料(7,5μm)では、高指数結
晶面の軸密度に差異が見られ、本発明法の測定値に比べ
て、分散法の測定値は小さくなっている。又、2θを一
定とした非分散法によって1qられた測定値も、本発明
法の測定値より高指数結晶面さくなっている。めっき層
厚さが更に小さい試料(5,4μm)では、この傾向が
、より明確になる。これは、前にも述べたように、高指
数結晶面の方がX線侵入深さが大きいことに起因するも
のである。即ち、めっき層厚さが小さくなると、X線侵
入深さの方が亜鉛層の厚さよりも大きくなり、一方、そ
の結晶面のランダム強度は、X線侵入深さに応じた回折
強度となっているため、その比である軸密度が相対的に
小さくなるからである。
以上の実験結果から、本発明による方法は、亜鉛めっき
層の厚さが10μm以下の場合の被膜集合組織の精度の
良い測定法として極めて有効であることがわかる。一方
、めっき層厚さが10L1mを超える試料に対しても、
本発明は同様に有効である。それは、めっき層厚さに応
じたX線侵入深さを与える回折角度を、全測定対象結晶
面について選定するので、亜鉛の厚さ方向全体を対象と
した回折強度が得られるからである。従って、厚さ方向
に集合組織の違いがある試料についても、厚さ方向に平
均化された回折強度が、全測定対象結晶面について得ら
れることは言うまでもない。
なお、本発明による測定対象は、亜鉛めっき鋼板に限定
されるものではなく、あらゆる種類の結晶質表面被膜を
有する表面処理製品の表面被膜集合組織の測定法として
効果的に適用できる。
更に、本発明は、測定物の厚さを予め測定して回折角度
を測定対象結晶面毎に設定する方法であるので、表面処
理製品だけでなく、極く簿い金属板の板厚方向に平均化
された集合組織の測定にも同様に有効に利用できること
は明らかである。
以上説明した通り、本発明によれば、測定対象結晶面に
対するX線侵入深さを、表面層厚さ以下で、且つ、これ
に近い一定深さとすることができる。従って、表面層下
の物質の影響を受、けることなく、高精度の測定を行う
ことができるという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明に係る表面層の集合組織測定方法の原
理を説明するための、種々のエネルギに対する、亜鉛の
主要回折面に対し99%回折に寄与する有効侵入深さの
関係を示す線図、第2図は、本発明が採用された亜鉛め
っき鋼板のめっき層集合組織測定装置の実施例の構成を
示すブロック線図、第3図は、前記実施例における測定
手順を示す流れ図、第4図は、前記実施例で用いられて
いる、亜鉛の蛍光X線強度から被膜厚さをめるための校
正曲線の例を示す線図である。 10・・・自動試料交換装置、 12・・・回転試料台
、14・・・ゴニオメータ、 16・・・半導体X線検出器、 18・・・アンプ、2
0・・・多重波高選別器、 22・・・インターフェース。 24・・・計綽問。 代理人 高 矢 論 (ばか1名) 第1図 工孝ルへ° (Keyl 第2図 0 第3図 第4図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)結晶質表面層の集合組織を非分散X1fa回折法
    により測定する表面層の集合組織測定方法において、ま
    ず、表面層成分の蛍光X線強度を検出して表面層厚さを
    め、次いで、各測定対象結晶面毎に、前記表面層厚さ以
    下、あるいは、これに近い一定のX線侵入深さを与える
    設定回折角度をめ、各測定対象結晶面毎に、回折角度を
    前記設定回折角度に設定して回折強度を検出し、該検出
    回折強度から表面層の表面法線方向の軸密度集合組織を
    測定することを特徴とする表面層の集合組織測定方法。
JP58204531A 1983-10-31 1983-10-31 表面層の集合組織測定方法及び装置 Granted JPS6095336A (ja)

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JPH0510617B2 JPH0510617B2 (ja) 1993-02-10

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6749079B2 (en) 1999-12-24 2004-06-15 Toyoda Gosei, Co., Ltd Storage box having a sliding lid

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4736140U (ja) * 1971-05-08 1972-12-21
JPS55158544A (en) * 1979-05-29 1980-12-10 Kawasaki Steel Corp On-line measuring method of and apparatus for aggregation structure

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US6749079B2 (en) 1999-12-24 2004-06-15 Toyoda Gosei, Co., Ltd Storage box having a sliding lid

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