辉光放电光谱法定量分析金属材料表

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1、辉光放电光谱法定量分析金属材料表面纳米级薄膜的研究宝山钢铁股份有限公司研究院2021年9月18日内容绪论GDOES定量深度逐层分析方法精密度实验准确度实验应用结论绪论金属材料具有较高的强度和优良的机械加工性能，但其最大缺点是易腐蚀，往往造成巨大损失。许多金属材料防腐性能主要取决于表面的特性和状态，通过表面处理技术可以实现以最低的经济成本来生产优质产品。研究金属材料表面的自然氧化和腐蚀现象，以及各种表面处理的新工艺，如闪镀、钝化等正成为一个重要的课题。金属材料表面所形成的各种纳米级厚度的薄膜和镀层的化学成分和组织结构对材料本身

2、性能有很大的影响，因此需要建立与工艺研究相适应的一种定量分析测试方法。绪论各种深度逐层分析方法俄歇电子能谱(AES)X射线光电子能谱（XPS）二次离子质谱（SIMS）辉光放电光谱(GD-OES)GDOES定量深度逐层分析方法方法建立的依据分析方法的建立光源参数的优化定量逐层分析GDOES定量深度逐层分析方法方法建立的依据考虑到所分析的样品主要为薄至纳米级厚度的氧化膜、钝化膜、镀镍层及镀铬层等。因此建立分析方法时,必须考虑膜和镀层中所含的元素O、P、Ni、Cr、Fe、Mn、Ti、Si、Al等以及易受污染的元素C，N等。建立的工

3、作曲线范围应该覆盖这些主要元素在膜中和镀层中的含量范围。所选择的标准样品中元素的分析范围和以及各元素的特征谱线如下表所示。GDOES定量深度逐层分析方法元素含量范围，％所用波长，nmFe40.4～100371.994C0.001～4.9165.701Si0.001～4.8288.15Mn0.001～23.2403.449P0.001～0.8177.497Cr0.000～29.0425.433Ni0.001～57.8341.477Al0.002～100396.152Ti0.001～30.0337.279O0.001～38.91

4、30.217N0.001～8.3174.272镀层或膜层中主要元素的分析范围和所选用的特征谱线波长GDOES定量深度逐层分析方法分析方法的建立仪器GDS-750A辉光放电光谱仪（美国LECO公司）SS-1000试样磨抛机（美国LECO公司）NT-200TP直读天平(日本岛津公司)Dektak6M表面轮廓仪（美国Veeco公司）建立GDOES定量深度逐层分析方法分析方法的建立标准样品的处理标准样品的表面经320目SiC砂纸水磨抛光，抛光后，立即用无水酒精清洗表面，并用热风吹干。标准样品的溅射率计算在经优化的仪器分析参数下，计算

5、了各不同标准样品的溅射率。标准工作曲线的制作将所选用的标准样品处理后，在经优化的光源参数下激发各标准样品，经过溅射率校正后，建立各分析元素分析强度和分析浓度的标准工作曲线。建立GDOES定量深度逐层分析方法光源参数的优化影响辉光放电等离子体的光源参数有三个：放电电流、放电电压和气体压力。这三个参数不是完全独立的，如果其中两个被确定，第三参数将随着样品成分的变化而变化。当采用辉光放电光谱法进行样品分析时，光源的控制一般采用恒定放电电压和放电电流方式，因此放电电压和放电电流是重要的光源参数。在建立标准工作曲线的过程中，预溅射时间

6、的长短对于获得稳定的元素强度信号有很大的影响。因此必须选择合适的预溅射时间。GDOES定量深度逐层分析方法光源参数的优化本论文通过以下三个实验来确定最佳的放电电压、放电电流和预溅射时间，以获得最优的光源参数条件。1）正交试验2）束斑轮廓实验3）速率实验GDOES定量深度逐层分析方法光源参数的优化——正交试验试验设定为3因素5水平试验。即考察放电电压，放电电流，预溅射时间对10个主要分析元素发射强度稳定性的影响。每种组合重复5次。以各元素强度值的相对标准偏差RSD值为考察对象。RSD值越小，强度的稳定性越好，参数选择的越合适。

7、正交试验的因素水平表如下：12345电压(A)500V700V900V1100V1300V电流（B）10mA20mA30mA40mA50mA预溅射时间（C）20s30s40s50s60s因素水平GDOES定量深度逐层分析方法光源参数的优化——正交试验结论通过方差分析和因素重要程度的排序可知，电压和电流为显著影响因素，预溅射时间的影响不显著。对大部分我们所关注的10个主要分析元素(Mn，Si，Cr，Ni，C，P，Al，O，N)而言，电压和电流对元素强度的其强度的相对标准偏差（RSD值），即分析稳定性的影响最大。根据最佳水平组合

8、排列发现，电压的最佳值为1100V和1300V，电流为20mA～50mA，预溅射时间应大于30S。一般而言，电压和电流设定越高，单位时间内剥离的样品量越多（即溅射率越大），受标样表面状况的影响越小，稳定性越好，相对标准偏差值越小。预溅射时间越长，分析的稳定性越好。GDOES定量深度逐层分析