[發明專利]基于掩蔽處理技術的輕微磨損測量方法

無效

• 申請號: 201110385746.5
• 申請日: 2011-11-29
• 公開（公告）號: CN102539263A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 楊建華
• 申請（專利權）人: 南通大學
• 主分類號: G01N3/56
• 分類號: G01N3/56
• 代理公司: 南通市永通專利事務所 32100
• 代理人: 葛雷

技術領域

本發明涉及一種基于掩蔽處理技術的輕微磨損測量方法，主要用于涉及需在真空中進行各種熱處理或高能束處理的樣品或零件的掩蔽技術。

背景技術

精密零件的真空表面處理效果評價一直是一個沒有解決好的問題。為了對多個零件或樣品對材料進行不同工藝條件下的真空表面處理（離子束、電子束和激光束處理等），通常需要把零件或樣品頻繁地放入和取出真空室，這不僅浪費了大量能源和時間，影響處理效率，而且需要做不同性能測試的同批樣品的預處理條件和真空處理條件的波動，將會影響處理效果的可重復性，經常導致似是而非、相互矛盾的結果，影響了處理技術的實用化進程。為了提高處理效率，保證處理結果的可重復性，必須設法在不破壞真空的情況下，在同一塊樣品上形成用不同處理工藝處理的區域，同時得到預處理條件完全一致的、經多種處理工藝處理過的小樣品，這些小樣品可以用來進行其他表面性能和結構的測試。

以前人們主要使用“稱重法”和臺階儀測量表面磨損，但是“稱重法”有兩個明顯的不足之處：第一，該測量方法不夠直觀，不能反映磨痕的深度信息，而深度信息在研究磨損機理時非常重要;第二，由于精密零件的磨損量較小，用?“稱重法”測得的結果精密度不高；臺階儀的探針在遇到沒有脫落的磨屑時則會發生跳躍而使深度信息失真。為了解決這一問題，必須提供一種直觀而精密的方法測量和評價精密零件的耐磨性。為了對同一個零件或同一塊樣品的不同區域在同一磨損實驗條件進行試驗，必須選擇合適的磨損試驗機。

對于用磨損機在零件或樣品上形成的很淺的磨痕，可以用干涉顯微鏡來測量磨痕的深度和橫截面積。干涉法的基本原理：干涉顯微鏡可視為邁克爾遜干涉儀和顯微鏡的組合，由光源發出的一束光經聚光鏡和分光鏡后分成強度相同的兩束光，分別經反射鏡和帶有磨痕的樣品反射后匯合發生等厚干涉，產生明暗相間的干涉條紋。由于樣品上有磨痕，因此從樣品反射和從基片表面反射的光的光程隨磨痕的形狀和深度不同而不同，造成同一級次的干涉條紋發生相應的彎曲，根據條紋的彎曲情況可以測得磨痕的最大深度和橫截面積，但是選用什么方法來計算橫截面積仍然是一個需要探索的問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種可以減小同批樣品預處理條件和真空處理條件波動的影響，可在不破壞真空的情況下提高材料真空表面處理的處理效率，提高處理工藝的可重復性，加快處理技術的基于掩蔽處理技術的輕微磨損測量方法。

本發明的技術解決方案是：

一種基于掩蔽處理技術的輕微磨損測量方法，其特征是：包括下列步驟：

（1）將大、小樣品放入真空處理室，大樣品的部分表面放置小樣品進行掩蔽，然后對大、小樣品進行表面處理，在大樣品表面形成處理區和未處理區，然后移走小樣品；

（2）從真空處理室取出大、小樣品，采用銷盤磨損機或往復式磨損機對大樣品上形成的未處理區和處理區進行磨損實驗，形成磨痕；

（3）采用干涉顯微鏡測量，并將測量數據傳輸給數碼相機或計算機；用磨痕干涉條紋最大相對移動量d的倒數來衡量各區域的耐磨性或用磨痕干涉條紋彎曲部分的面積S的倒數來衡量樣品各區域的耐磨性，面積的測量采用像素法進行相對測量。

所述小樣品有一塊或多塊，小樣品有多塊時，進行多次表面處理，并在每次表面處理移走一塊小樣品，最終在大樣品表面形成未處理區和不同處理條件下的多種形式處理區。

小樣品有多塊時，有二個或二個以上小樣品疊加的形式。

在大樣品上用大樣品面積一半的小樣品實現掩蔽處理，在大樣品上獲得處理和未處理區域。

是在大樣品上用面積均為大樣品面積四分之一的三個小樣品實現掩蔽處理，并在每次表面處理移走一塊小樣品，最終在大樣品上形成未處理區和多種條件處理區。

小樣品的放置和移走通過托架掩蔽機構進行，托架掩蔽機構呈可豎直升降和/或轉動的形式。

本發明可以減小同批樣品預處理條件和真空處理條件波動的影響，可在不破壞真空的情況下提高材料真空表面處理的處理效率，提高處理工藝的可重復性，加快處理技術的實用化進程。該系統具有以下幾個特征：

1.?采用單層和雙層掩蔽技術，不僅可以在同一塊樣品上形成未處理區和多種工藝處理區，實現一次磨損試驗就可以對未處理區和多種工藝處理區的磨損性能進行測量和評價，保證了預處理條件和磨損測試條件的完全一致，而且可以得到與對應磨損樣品預處理條件完全一致的小樣品，這些小樣品通常可以用來進行其他表面性能測試。