ISO34972023年金屬鍍層鍍層厚度的測量射線光譜測定法(中文翻譯版)

ISO3497-2023金屬鍍層鍍層厚度的測量X射線光譜測定法〔中文翻譯版〕名目頁前言 iv1、范圍 12、術語和定義 13、原則 34、儀器 75、影響測量結果的因素 106、儀器校準 147、程序 168、測量不確定度 179、試驗報告 17附錄A〔資料性附錄〕一些常用涂層材料的典型測量范圍… 18前言ISO〔國際標準化組織〕是一個由國家標準機構〔ISO成員機構〕組成的世界性聯(lián)合會。編制國際標準的工作通常是通過ISO技術委員會進展的。對已設立技術委員會的主題感興趣的每個成這項工作。ISO〔IEC〕在電工技術標準化的全部問題上親熱合作。ISO/IEC3各技術委員會通過的國際標準草案將分發(fā)給各成員機構表決。作為國際標準出版需要至少75%的投票成員機構的批準。請留意本國際標準的某些要素可能是專利權的主體。ISO不負責識別任何或全部此類專利權。國ISO3497ISO/TC107，金屬和其他無機涂層，小組委員會SC2，試驗方法編制。本第三版取消并替換其次版〔O0，該版本已進展了技術修訂。A金屬鍍層鍍層厚度的測量X1、范圍警告：本國際標準不包括有關人員防X射線的問題。關于這一重要方面的信息，應參考現(xiàn)行國際和國家標準，以及現(xiàn)有的地方法規(guī)。本國際標準規(guī)定了用X射線光譜法測量金屬鍍層厚度的方法。本國際標準適用的測量方法根本上是確定單位面積質量的方法。利用對涂層材料密度的了解，測量結果也可以表示為涂層的線性厚度。測量方法允許同時測量最多三層的涂層系統(tǒng)，或同時測量最多三層的涂層厚度和成分。給定涂層材料的實際測量范圍在很大程度上取決于待分析的特征X射線熒光的能量和可承受的測量不確定度，并可依據所使用的儀器系統(tǒng)和操作程序而有所不同。2、術語和定義就本國際標準而言，以下術語和定義適用。2.1XRF當高強度入射X射線束撞擊位于入射光束路徑上的材料時發(fā)生的二次輻射注：二次放射的波長和能量是這種材料的特征。2.2熒光輻射強度儀器測量的輻射強度x，以每秒計數(shù)〔輻射脈沖〕表示2.3飽和厚度厚度，假設超過，熒光強度不會產生任何可檢測的變化注：飽和厚度取決于熒光輻射的能量或波長、材料的密度和原子序數(shù)、入射角和熒光輻射相對于材料外表的角度。2.4xn在一樣條件下測量的涂層試樣x和未涂層基材x0的強度差與厚度等于或大于飽和厚度xs〔見2.3〕x01：數(shù)學關系如下：式中xx0是從未涂層基材獲得的強度；

xn=

x?x0xs?x0xs注2：歸一化強度與測量和積分時間以及激發(fā)強度〔入射輻射〕無關。激發(fā)輻射的幾何構造和能量對歸一化計數(shù)率有影響。xn012.5中間涂層位于頂涂層和基材之間的涂層，其厚度小于各涂層的飽和厚度注：位于頂部涂層和基材〔基材〕之間且厚度超過飽和值的任何涂層本身應被視為真正的基材，由于此類涂層下的材料不會影響測量，并且可以為測量目的而消退。2.6計數(shù)率儀器每單位時間記錄的輻射脈沖數(shù)〔見22.7賤金屬在其上沉積或形成涂層的材料[ISO2080:1981134]2.8基底涂層直接沉積在其上的材料注：對于單涂層或第一涂層，基材與基材一樣；對于后續(xù)涂層，中間涂層為基材。[ISO2080:1981630]3、原則試驗根底涂層單位面積的質量〔假設密度，則為線性涂層厚度與二次輻射強度之間存在關系。對于來建立的。假設涂層材料密度，則此類標準可以以線性厚度單位給出涂層，前提是也給出了實際密度值。注：涂層材料密度是涂層的密度，在測量時可能是也可能不是涂層材料的理論密度。假設該密度與校準標準的密度不同，則應使用反映該差異的系數(shù)并記錄在試驗報告中。熒光強度是元素原子序數(shù)的函數(shù)。假設頂涂層、中間涂層〔假設有〕和基底由不同的元素組成或/或成分。鼓勵概述用X射線光譜法測量涂層厚度是基于涂層〔或涂層〕X素的特征。產生的輻射來自高壓X射線管發(fā)生器或適宜的放射性同位素。X假設在XX射線管將產生適當?shù)募ぐl(fā)輻射。25kV50kV，但為了測量低原子序數(shù)涂層材料，可能需10kVX不確定度。這種激發(fā)方法的主要優(yōu)點是—通過準直在很小的測量區(qū)域內產生很高強度光束的力量；—人員安全要求易于掌握；—用現(xiàn)代電子方法獲得的放射的潛在穩(wěn)定性。放射性同位素產生只有少數(shù)放射性同位素在能帶內發(fā)出γ射線，適合于涂層厚度測量。抱負狀況下，激發(fā)輻射的能量比期望的特征X射線稍高〔波長較短。放射性同位素產生的優(yōu)點包括儀器構造可能更緊湊，這主要是由于不需要冷卻。此外，與高壓X射線發(fā)生器不同的是，輻射本質上是單色的，背景強度很低。與X射線管法相比，主要的技術缺點是—獲得的低得多的強度，這就制止在小面積上進展測量；—某些放射性同位素半衰期短；〔高壓X。分散概述由于涂層外表暴露在X射線輻射下而產生的二次輻射通常含有測量涂層厚度所需的附加成分。所需成分通過波長或能量色散分別。波長色散當局以出版的形式獲得。能量分散X射線量子通常是以波長或等效能量來表示的。波長λ〔以納米為單位〕與能量E〔以千電子伏特〔keV〕為單位〕之間的關系如下λ×E=12398427。檢測用于波長色散系統(tǒng)的探測器類型可以是充氣管、固態(tài)探測器或連接到光電倍增管的閃耀計數(shù)器。1,5keV100keV正確的能帶。厚度測量放射法假設測量涂層的特征輻射強度，則強度隨著厚度的增加而增加，直至到達飽和厚度。見圖a當使用X射線放射方法時，調整設備以接收涂層材料特征的選定能帶。因此，薄涂層產生低強度，厚涂層產生高強度。吸取法假設測量襯底的特征輻射強度，則強度隨厚度的增加而減小。見圖b。X必需留意確保沒有中間涂層。吸取特性與放射特性相反。a〕X射線放射法 圖1—強度或計數(shù)率與涂層厚度之間關系的示意圖比率法當涂層厚度表示為基底和涂層材料各自強度的比率時，可以將X射線吸取和放射結合起來。比率法的測量在很大程度上與試樣和檢測器之間的距離無關。測量對于3.5.1和3.5.2以使未涂層基材的計數(shù)率特性為零，且涂層材料的無限厚樣品的計數(shù)率特性為一。因此，全部可測量厚度產生的計數(shù)率都在012。0,3和0,8為了在整個厚度范圍內獲得最正確測量精度，使用計數(shù)率特性為0,30,8立正確的數(shù)學關系至關重要。圖示線性范圍對數(shù)范圍雙曲線范圍注0=來自飽和〔未涂層〕基材的計數(shù)率；1=來自飽和〔無限〕涂層材料的計數(shù)率。2—單位面積質量與標準化計數(shù)率之間關系的示意圖二次輻射吸取器當測量具有廣泛不同能量〔能量分散系統(tǒng)〕的涂層/基材組合時，飽和涂層與未涂層基材計數(shù)率特性的比率格外高〔典型狀況下為1〔由于基底材料不會在與涂層材料一樣的能帶中輻射/無限涂層計數(shù)率比為3:1〔對于具有類似能量的涂層/基底組合〕時，通常使用選擇的“吸取體”來吸取其中之間。數(shù)學反褶積的能量差異不大時，例如來自AuBr〔見6。多層測量假設內層的特征X射線放射不完全被外層吸取，則可以測量多個涂層。在能量色散系統(tǒng)中，多通道被設置為接收兩個或多個具有兩個或多個材料特性的兩個或多個不同的能帶。合金成分厚度測量某些合金和化合物，例如錫鉛，可以同時測量成分和厚度。在某些狀況下，該方法也可在3.8所述的條件下使用，例如，在銅合金基底上的鈀/鎳上的金。由于合金或化合物的厚度測量取決于合金成分，因此在厚度測量之前了解或假設成分或能夠測量成分是很重要的。注：假設成分會導致厚度測量誤差。有些涂層可以通過與基體互集中形成合金。這種合金層的存在會增加測量的不確定度。4、儀器3、45。圖示試樣 4吸取體 7入射X射線束準直器a

樣品支架

8X3—X圖示147X25X8X36a4X圖示試樣 4用于檢測和分析的特征熒光X射線束放射性同位素和準直器X

吸取體探測器5X一次XX射線管或適宜的放射性同位素，其中任何一個都應能夠激發(fā)用于測量的熒光輻射。準直器，承受準確尺寸的孔徑形式，理論上可以是任何外形?？讖酱笮『屯庑未蛩懔吮粶y涂X評估單元被設置為選擇一個或多個具有頂部、中間和/或基底材料特性的能帶。評估單元，用于依據其軟件程序處理輸入數(shù)據，從而確定試樣的單位面積質量或涂層厚度。注：適用于依據本國際標準測量涂層厚度的熒光X射線設備可在商業(yè)上買到。特地為涂層厚度或厚度的質量，用于存儲校準數(shù)據和計算各種統(tǒng)計測量值。X射線熒光涂層測厚儀的根本組成局部包括主X射線源、準直器、試樣支架、探測器和評價系則可能需要引入吸取材料之一〔例如基底〕的特征熒光能量的吸取體。5、影響測量結果的因素計數(shù)統(tǒng)計X的。這就產生了全部輻射測量中固有的統(tǒng)計誤差。因此，基于短計數(shù)周期〔例如1s或2s〕的計可承受的水平，必需使用足夠長的計數(shù)間隔來累積足夠數(shù)量的計數(shù)。當使用能量分散系統(tǒng)時，應造商對特定儀器的說明，可以訂正死區(qū)時間損失。該隨機誤差的標準差ss=√

Xtmeas式中Xtmeas是以秒為單位的累積時間〔測量時間。95%的測量值都在以下時間間隔內：X?2s≤X≤X+2s厚度測量的標準偏差與計數(shù)率的標準偏差不同，但與計數(shù)率的標準偏差有關的函數(shù)取決于測量點校準曲線的斜率。大多數(shù)商用X射線熒光測厚儀以微米為單位或以平均厚度的百分比顯示標準偏差。使用反褶積〔數(shù)值濾波〕方法，計數(shù)率標準差的另一個奉獻來自數(shù)學算法。校準標準5%〔在特定狀況下該值較低。由于粗糙度、孔隙率和集中，薄涂層的精度很難保持在5%以上。只有當標準化計數(shù)率在0.050.9果的再現(xiàn)性。關重要。可承受性應由供給商和客戶商定。涂層厚度可重復條件下的測量不確定度受被測厚度范圍的影響。在圖230%和80%飽和度之間的曲線局部，相對精度最好。給定測量時間的精度在該范圍外快速降低。吸取曲線的狀況類似。每種涂層材料的極限厚度通常不同。測量區(qū)域尺寸為了在合理短的計數(shù)周期內獲得令人滿足的計數(shù)統(tǒng)計〔見1，選擇準直器孔徑，以供給與試〔被測外表的準直光束區(qū)域不肯定與準直器孔徑尺寸一樣待測面積可能小于梁面積〔見1。在這種狀況下，應充分校正待測面積的變化?！惨恍┥逃脙x器可能會自動限制該計數(shù)率，但應與相關制造商核實。涂層成分質量/單位面積測量可能會受到外來材料的影響，如夾雜物、共沉積材料或在涂層/基底界面集中形成的合金層。因此，假設可能，應同時測量厚度和成分〔見7。此外，厚度測量受空隙率和孔隙率的影響。使用具有代表性的校準標準，即在一樣條件下生產的具有代表性的X射線特性的標準，可以消退一些誤差源。由于夾雜、氣孔或空隙會導致密度變化，因此具有此類缺陷的涂層最好以單位面積單位的質量進展測量。假設，通常可以將實際涂層密度值引入測量設備，以便進展校正〔見6。涂層密度假設涂層密度與校準標準的密度不同，則厚度測量存在相應的誤差。當涂層材料的密度時，可獲得厚度〔見1。假設儀器測量值md：d=m/ρ假設測量單位為線性單位，可承受密度校正，如下式所示：d=d

ρ× standard式中ddm是線性厚度讀數(shù)，單位為微米；

m ρcoatingρstandard是校準標準的涂層材料密度，單位為克每立方厘米；ρcoatingm基材組成假設使用放射方法，則基板成分差異的影響可無視不計，前提是：來自基板的熒光X射線不會侵入為特征涂層能量選擇的能帶〔假設確實發(fā)生侵入，則需要特別程序來消退其影響；來自基底材料的熒光X射線不能激發(fā)涂層材料。假設使用吸取法或強度比法，校準或參考標準的基質成分必需與試樣基質成分一樣。基底厚度對于X射線放射法的測量，雙面材料的基底必需足夠厚，以防止任何底層材料的干擾。對于X射線吸取法或強度比法，基底必需等于或大于其飽和厚度。假設不符合該標準，則必需使用一樣基底厚度的參考標準校準儀器〔見3。外表清潔度外表上的異物會導致測量不準確。保護涂層、外表處理或油漆也可能導致不準確。中間涂層吸取法不能在中間涂層存在的狀況下使用，中間涂層的吸取性能未知。在這種狀況下，應使用排放法。試樣曲率假設有必要在曲面上進展測量，則應選擇準直器或光束限制孔徑，以盡量減小曲面曲率的影響。與被測外表的曲率半徑相比，使用小尺寸的孔徑可以將外表曲率效應最小化。注：在測量圓柱外表時，使用矩形孔可能是有利的。和平面以及一樣的測量區(qū)域進展測量。在這種狀況下，有時可以使用比試樣大的準直器孔徑。鼓勵能量和鼓勵強度供一樣的激發(fā)特性。例如，X探測器由于探測器系統(tǒng)的不穩(wěn)定或不穩(wěn)定運行，會導致測量誤差。使用前應檢查儀器的穩(wěn)定性。穩(wěn)定性檢查包括：a〕由某些儀器自動執(zhí)行或b〕由操作員手動執(zhí)行。在這兩種狀況下，應在X射線束中放置一個參考物或樣品，并且在檢查期間不得移動。應在短〔或儲存在儀器中的自動檢查結果〕進展比較。注：單個測量系列或兩個單獨系列之間所需的時間將確定該時間段的穩(wěn)定性。輻射路徑3、4520假設必需測量原子序數(shù)較低的材料，必需使用真空或氦光譜儀。計數(shù)率換算成單位面積或厚度的質量的主程序，該主程序使用校準或參考標準修改為符合本地要求。轉換的牢靠性取決于校準曲線、被測厚度的數(shù)量和厚度。當一個涂層引起另一層的額外熒光時，轉換方法必需考慮到這一點。超出校準標準確定的厚度范圍的外推會導致嚴峻的誤差。試樣外表傾斜假設試驗外表相對于X射線束的傾斜度與校準期間使用的傾斜度不同，則計數(shù)率可能會有顯著變化，特別是在校準曲線高于0.9標準計數(shù)率的局部，此時厚度可能會發(fā)生巨大變化；例如，傾5312%。6、儀器校準簡介概述儀器應依據儀器制造商的說明進展校準。應適當留意第5節(jié)中列出的因素和第8節(jié)的要求。算厚度〔和成分〕讀數(shù)的輻射特性，則允許例外。只要可能，應使用標準校準儀器。在標準難以獲得的狀況下，例如，當涂層或基底材料特別時，一樣的涂層和基底成分，但假設轉變的條件不影響用于計算厚度〔和成分〕的輻射特性，則可能消滅例外狀況。例如—待測：不銹鋼外表鍍金；—用于校準：金鎳；——L輻射強度不受鎳或不銹鋼特征輻射的影響。使用放射法〔見1，假設對—L強度進展峰值重疊校正，則可以使用金鎳標準進展校準。以便標準上計數(shù)率測量的不確定度足夠小。線性范圍校準〔滿量程的%和校準標準厚度在線性范圍內。對數(shù)量程校準對于對數(shù)范圍內的測量，在大多數(shù)狀況下，必需使用至少四個標準：—一份未涂層基材樣品—一個至少飽和厚度的涂層材料樣品—在或格外接近對數(shù)厚度范圍下端的一種涂層標準—一種涂層標準，其涂層接近對數(shù)厚度范圍的頂端。整個測量范圍為了從零到雙曲線范圍內進展測量，應使用額外的涂層標準來更嚴密地定義厚度范圍的極值。最高標準的外推，由于它可能產生不行靠的結果〔另見2。根本參數(shù)計算機模擬無標準技術對于無標準技術，模擬軟件必需準確地模擬樣品的真實物理性質。6.1.1中一樣的限制條件。當試樣和可用標準不符合6.1.1的條件時，假設滿足以下條件，基于根本參數(shù)技術的計算機模擬將涵蓋這些狀況：標準涂層和待測零件的成分差異不大；由于基體成分的特征輻射影響用于計算涂層厚度和成分的輻射強度，因此標準基體和試樣的成分差異不大。標準概述精度。參考標準應具有單位面積或厚度質量的均勻涂層，對于合金，應具有成分的均勻涂層。參考標準的任何可用或規(guī)定外表上的涂層與規(guī)定值的偏差不得超過±5%。以厚度單位〔相對于單位面積的質量對于合金成分的測量，校準標準的成分不必一樣，但應。箔假設標準是以箔的形式鋪在特定的基底外表上，則必需留神，以確保接觸外表清潔，沒有褶皺或扭結。在最終測量中，應補償或允許任何密度差。標準的選擇以單位面積質量或厚度單位校準儀器；在后一種狀況下，厚度值應隨附涂層材料的密度，假設標涂層和基底〔見7和8〕材料，盡管一些儀器設計允許與此抱負值有肯定偏差〔見1。X校準標準的涂層應具有與被測涂層一樣的X射線放射〔或吸取〕特性〔見6。XXX性。應通過比較試樣未涂層基底和校準參考標準的選定特征輻射強度來驗證這一點?；缀穸仍赬射線吸取法或比值法中，除非超過飽和厚度〔見3一樣。假設要測量的涂層曲率阻礙了平面的校準，則必需：a〕遵守5.11b〕使用與試樣曲率一樣的標準進展校準。7、程序概述56.28準直器孔徑X射線束在試樣外表的位置和面積。曲面測量進展測量。假設不是這樣，就必需考慮到5.45.11校準檢查考樣品，對儀器校準