表面分析和測試

表面分析和測試第1頁/共29頁表面（層）檢測大致包括以下內(nèi)容：

（1）外觀檢測（2）鍍、涂層或表面處理層厚度的測定（3）鍍、涂層或表面處理層結(jié)合強度的測定（4）鍍、涂層或表面處理層的使用性能和工藝性能的測定（5）表面成分和結(jié)構(gòu)的測定第2頁/共29頁表面分析一、表面形貌和顯微組織結(jié)構(gòu)分析二、表面成分分析三、表面原子排列結(jié)構(gòu)分析四、表面原子動態(tài)和受激態(tài)分析

五、表面的電子結(jié)構(gòu)分析第3頁/共29頁主要應(yīng)用①表面形貌的分析：形貌指表面的“宏觀外形”。這主要利用電子顯微鏡和離子顯微鏡來進行；當(dāng)然也可利用一般的金相顯微鏡來進行，但僅能得到比較宏觀的晶粒尺度的形貌。這些分析方法在金相中已經(jīng)學(xué)過。第4頁/共29頁②表面的組分：分析包括測定表面的元素組成、表面元素的化學(xué)態(tài)及元素在表層的分布。③表面結(jié)構(gòu)分析分析表面原子的排列特點。包括自身及吸附粒子的二維超點陣類型。第5頁/共29頁④表面相分析即對表面組成物質(zhì)進行分析。這方面主要應(yīng)用X射線衍射和透射電鏡的電子束衍射。

此外，有關(guān)表面原子態(tài)和電子態(tài)分析，在理論基礎(chǔ)研究中有時需要采用，但工程中一般不進行這些分析。這些分析主要用于功能材料，特別是電子材料。第6頁/共29頁表面分析方法概述

表面分析還可按用途分類，如組分分析、結(jié)構(gòu)分析、原子態(tài)分析和電子態(tài)分析。表面分析方法可按探測粒子或發(fā)射粒子來分類。如探測粒子和發(fā)射粒子之一是電子，則稱電子譜；探測粒子和發(fā)射粒子都是光子，則稱光譜；探測粒子和發(fā)射粒子都是離子，則稱離子譜；探測粒子是光子，發(fā)射粒子是電子，則稱光電子譜。這是一種習(xí)慣分類方法，不能用于所有表面分析法的分類。

第7頁/共29頁組分分析是經(jīng)常進行的工作。選用分析方法時應(yīng)考慮以下因素：能否測氫元素、檢測靈敏度對不同元素差別如何、最小可檢測的靈敏度、是否能作定量分析、能否判定元素的化學(xué)態(tài)、譜峰分辨率如何，是否易于辨識、表面探測深度、能否作微區(qū)分析、探測時對表面的破壞性等等。

第8頁/共29頁第9頁/共29頁表面結(jié)構(gòu)分析到目前，X射線仍是研究晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)最常用最有效的方法。實際上當(dāng)研究的表面是“表面層”的時候，用X射線是非常有效的。但是X射線并不適合表面上原子層的二維結(jié)構(gòu)研究。表面結(jié)構(gòu)的分析方法，目前主要采用低能電子衍射（LEED）和反射型高能電子衍射（RHEED）。第10頁/共29頁表面力學(xué)性能測試1.表面硬度的測試一般采用顯微維氏硬度，但載荷的大小應(yīng)根據(jù)表面膜層的厚度和硬度不同來選擇，通常，可按下式來選擇載荷：m為載荷重量,g；HV為估計硬度；δ為膜層厚度。顯然，如果所計算的載荷小于硬度計的載荷，測示值將是無效的。

除此以外，努氏硬度和維氏硬也可用于膜層硬度的測試。第11頁/共29頁結(jié)合強度的測試表面工程中有相當(dāng)多的技術(shù)是覆膜或覆層技術(shù)，對于這些工程，人們最關(guān)心的是膜層的結(jié)合強度如何，因為沒有足夠的結(jié)合強度，就談不上工程應(yīng)用。關(guān)于膜層的結(jié)合強度的測試，比較定量的方法是：壓痕法、拉張法和剝離法。第12頁/共29頁壓痕法第13頁/共29頁拉張法

第14頁/共29頁拉張法第15頁/共29頁定量測試法在生產(chǎn)中是不常用的，用得更多的是定性測試方法，這些方法種類很多，諸如：①彎曲試驗法對于薄型件、線材、彈簧等產(chǎn)品的鍍層，可加外力使其彎曲到一定程度或反復(fù)彎曲，因鍍層和基體的彈性模量不一樣，層間產(chǎn)生分力，考察其剝離情況，可判定結(jié)合強度的高低。第16頁/共29頁②銼磨試驗法對于不易彎曲的試件，可用銼刀或磨輪自基體向鍍層方向進行，當(dāng)銼磨力一定時，結(jié)合強度好的不脫落，結(jié)合強度差的即脫落，很差的可在更小的挫磨力下即脫落。第17頁/共29頁③沖擊試驗法例如槌擊表面，鍍層和基體受沖擊力會有不同程度變形；隨結(jié)合強度的不同，承受撞擊而剝落的能力也不一樣。④熱沖擊試驗法加熱后驟冷，基體和膜層會有不同的脹縮，結(jié)合強度差的會在較少的熱沖擊次數(shù)剝落。⑤對于有機涂料膜層多采用劃痕法。

第18頁/共29頁膜層殘余應(yīng)力的測量膜層殘余應(yīng)力的測量主要有懸臂法、衍射法、光干涉法、幾何光學(xué)和電阻應(yīng)變片等方法。耐磨性能試驗在許多情況下表面硬度可以反映耐磨性的大小，但是硬度和耐磨性的關(guān)系也并不是固定的，表面的耐磨性的準(zhǔn)確度量還是要在服役條件下，進行磨損試驗而求得，磨擦環(huán)境不同，材料配副不同，所受載荷不同，所求磨損量也不同，因此，試驗法也是多種多樣的。

第19頁/共29頁MM—2型磨損試驗機

耐磨性能的評定方法主要是采用對比法。如果在相同的摩擦條件下，磨損量愈大，耐磨性愈差。因此，評定的關(guān)鍵是如何準(zhǔn)確地測出磨損量的大小。常用方法是：秤重法、磨痕法等，其中多用稱重法。第20頁/共29頁膜層脆性測試法膜層的脆性也是重要的一個表面性能指標(biāo)，工藝上的某些因素往往會對脆性有明顯影響，在實際應(yīng)用中脆性也是不可忽視的指標(biāo)。膜層的脆性是表面變形時膜層抵抗開裂的能力。常用的膜層脆性測定方法有杯突法、靜壓撓曲法及心軸彎曲法等。第21頁/共29頁杯突法、靜壓撓曲法第22頁/共