表面分析和測(cè)試

表面分析和測(cè)試第1頁(yè)/共29頁(yè)表面（層）檢測(cè)大致包括以下內(nèi)容：

（1）外觀檢測(cè)（2）鍍、涂層或表面處理層厚度的測(cè)定（3）鍍、涂層或表面處理層結(jié)合強(qiáng)度的測(cè)定（4）鍍、涂層或表面處理層的使用性能和工藝性能的測(cè)定（5）表面成分和結(jié)構(gòu)的測(cè)定第2頁(yè)/共29頁(yè)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(dòng)態(tài)和受激態(tài)分析

五、表面的電子結(jié)構(gòu)分析第3頁(yè)/共29頁(yè)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(lái)進(jìn)行；當(dāng)然也可利用一般的金相顯微鏡來(lái)進(jìn)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(guò)。第4頁(yè)/共29頁(yè)②表面的組分：分析包括測(cè)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(diǎn)。包括自身及吸附粒子的二維超點(diǎn)陣類型。第5頁(yè)/共29頁(yè)④表面相分析即對(duì)表面組成物質(zhì)進(jìn)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(shí)需要采用，但工程中一般不進(jìn)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(yè)/共29頁(yè)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(cè)粒子或發(fā)射粒子來(lái)分類。如探測(cè)粒子和發(fā)射粒子之一是電子，則稱電子譜；探測(cè)粒子和發(fā)射粒子都是光子，則稱光譜；探測(cè)粒子和發(fā)射粒子都是離子，則稱離子譜；探測(cè)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(yè)/共29頁(yè)組分分析是經(jīng)常進(jìn)行的工作。選用分析方法時(shí)應(yīng)考慮以下因素：能否測(cè)氫元素、檢測(cè)靈敏度對(duì)不同元素差別如何、最小可檢測(cè)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(shí)、表面探測(cè)深度、能否作微區(qū)分析、探測(cè)時(shí)對(duì)表面的破壞性等等。

第8頁(yè)/共29頁(yè)第9頁(yè)/共29頁(yè)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(shí)際上當(dāng)研究的表面是“表面層”的時(shí)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(yè)/共29頁(yè)表面力學(xué)性能測(cè)試1.表面硬度的測(cè)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(lái)選擇，通常，可按下式來(lái)選擇載荷：m為載荷重量,g；HV為估計(jì)硬度；δ為膜層厚度。顯然，如果所計(jì)算的載荷小于硬度計(jì)的載荷，測(cè)示值將是無(wú)效的。

除此以外，努氏硬度和維氏硬也可用于膜層硬度的測(cè)試。第11頁(yè)/共29頁(yè)結(jié)合強(qiáng)度的測(cè)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(duì)于這些工程，人們最關(guān)心的是膜層的結(jié)合強(qiáng)度如何，因?yàn)闆](méi)有足夠的結(jié)合強(qiáng)度，就談不上工程應(yīng)用。關(guān)于膜層的結(jié)合強(qiáng)度的測(cè)試，比較定量的方法是：壓痕法、拉張法和剝離法。第12頁(yè)/共29頁(yè)壓痕法第13頁(yè)/共29頁(yè)拉張法

第14頁(yè)/共29頁(yè)拉張法第15頁(yè)/共29頁(yè)定量測(cè)試法在生產(chǎn)中是不常用的，用得更多的是定性測(cè)試方法，這些方法種類很多，諸如：①?gòu)澢囼?yàn)法對(duì)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(qiáng)度的高低。第16頁(yè)/共29頁(yè)②銼磨試驗(yàn)法對(duì)于不易彎曲的試件，可用銼刀或磨輪自基體向鍍層方向進(jìn)行，當(dāng)銼磨力一定時(shí)，結(jié)合強(qiáng)度好的不脫落，結(jié)合強(qiáng)度差的即脫落，很差的可在更小的挫磨力下即脫落。第17頁(yè)/共29頁(yè)③沖擊試驗(yàn)法例如槌擊表面，鍍層和基體受沖擊力會(huì)有不同程度變形；隨結(jié)合強(qiáng)度的不同，承受撞擊而剝落的能力也不一樣。④熱沖擊試驗(yàn)法加熱后驟冷，基體和膜層會(huì)有不同的脹縮，結(jié)合強(qiáng)度差的會(huì)在較少的熱沖擊次數(shù)剝落。⑤對(duì)于有機(jī)涂料膜層多采用劃痕法。

第18頁(yè)/共29頁(yè)膜層殘余應(yīng)力的測(cè)量膜層殘余應(yīng)力的測(cè)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(yàn)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(jìn)行磨損試驗(yàn)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(yàn)法也是多種多樣的。

第19頁(yè)/共29頁(yè)MM—2型磨損試驗(yàn)機(jī)

耐磨性能的評(píng)定方法主要是采用對(duì)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(píng)定的關(guān)鍵是如何準(zhǔn)確地測(cè)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(yè)/共29頁(yè)膜層脆性測(cè)試法膜層的脆性也是重要的一個(gè)表面性能指標(biāo)，工藝上的某些因素往往會(huì)對(duì)脆性有明顯影響，在實(shí)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(shí)膜層抵抗開(kāi)裂的能力。常用的膜層脆性測(cè)定方法有杯突法、靜壓撓曲法及心軸彎曲法等。第21頁(yè)/共29頁(yè)杯突法、靜壓撓曲法第22頁(yè)/共