[發明專利]一種掃描式金屬表面成像及成分分析裝置

有效

• 申請號: 201410684890.2
• 申請日: 2014-11-24
• 公開（公告）號: CN104483337A
• 公開（公告）日: 2015-04-01
• 發明（設計）人: 單卿;張新磊;賈文寶
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01N23/223
• 分類號: G01N23/223
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 齊棠;曹翠珍

技術領域

本發明屬于金屬表面成分檢測及表面成像技術領域，涉及一種金屬表面成像及成分分析裝置，具體的說，涉及一種掃描式金屬表面成像及成分分析裝置。

背景技術

金屬的表面狀態，對于金屬材料的性能有著極其重要的影響。例如，材料的氧化和腐蝕、強韌性和斷裂行為等等，都與表面層上的化學成分和結構有著密切的關系。因此，要了解金屬材料的性能，必須認識材料表面的現象。

目前，在各種測量分析中，核分析技術已經作為一項常規技術。X射線熒光分析(XRF)是一種用于量化固態和液態樣品的元素組成的非破壞性的技術。利用X射線激發樣品上的原子，使之放射出帶有存在的每種元素能量特征的X射線。測量這些射線的能量及強度，XRF能夠探測濃度范圍從PPM到100％的Na-U元素。通過使用適當的參考標準,XRF可以準確的量化樣品的元素組成。

然而，在某些情況下，不僅需要知道金屬樣品的元素組成，還需要知道金屬樣品表面形貌，這就需要在測定金屬樣品元素組成的同時對金屬樣品表面形貌進行成像。現有技術中針對同時進行元素分析和成像的研究的技術還是一個值得研究的問題。

發明內容

為了能夠同時實現金屬樣品表面成像及元素分析，本發明提供一種掃描式金屬表面成像及成分分析裝置，該裝置利用X熒光技術檢測金屬表面元素成分的同時也可以對金屬表面形貌進行成像，同時，利用激光測距儀給出X熒光探頭距樣品表面的距離，對含量分析結果進行修正，提高分析結果的精度。

本發明采用以下技術方案：

一種掃描式金屬表面成像及成分分析裝置，包括X光管、X熒光探頭、準直器、位置靈敏型光電倍增管、探測器封裝套、高壓控制系統、放大器、信號讀出系統、數據處理系統、計算機控制與數據顯示系統、步進電機控制系統、遠程登陸系統、激光測距儀、步進電機、樣品臺、屏蔽防護體；

X光管、X熒光探頭、準直器、位置靈敏型光電倍增管、探測器封裝套、激光測距儀均設置在屏蔽防護體內且位于樣品臺上方，激光測距儀、X光管、準直器下表面的中心位于同一平面，且三者中心軸相交于樣品表面；X熒光探頭、位置靈敏型光電倍增管設在準直器和探測器封裝套構成的密閉空間內，準直器、X熒光探頭、位置靈敏型光電倍增管依次連接；

位置靈敏型光電倍增管依次連接放大器、信號讀出系統、數據處理系統、計算機控制與數據顯示系統；激光測距儀連接數據處理系統；X光管依次連接高壓控制系統、計算機控制與數據顯示系統；步進電機設置在屏蔽防護體內且連接在樣品臺下方，步進電機依次連接步進電機控制系統、計算機控制與數據顯示系統；計算機控制與數據顯示系統與遠程登陸系統通過電話線或者網線連接。

本發明利用X光管產生的X射線，照射到金屬表面上，與金屬表面的核素內殼層電子發生反應并形成空位，外層電子向內層電子躍遷并產生特征X射線，由于不同原子具有不同的電子結構，各電子軌道間的躍遷能級之差各不相同，因此這些特征X射線具有特定能量，可以反映和辨別不同元素；利用特殊的傳感器，收集這些特征X射線的空間和能量信息，利用現代數學分析技術，就可對金屬表面進行成分分析與成像。

其中，X光管用于產生入射X光；X熒光探頭用于測量X熒光；準直器用于準直入射到X熒光探頭的熒光；位置靈敏型光電倍增管用于測量X熒光的空間及能量信息并將光信號轉換為電信號；激光測距儀用于測量探測器距樣品表面的距離并用于金屬表面元素含量的距離修正，提高測量精度；步進電機用于控制樣品臺的移動；探測器封裝套用于X熒光探頭、位置靈敏型光電倍增管的封裝并盡可能阻擋散射的X射線進入探測器對探測結果造成影響。

作為本發明的進一步改進，X熒光探頭和位置靈敏型光電倍增管之間涂有光學硅脂，以排除空氣，減少閃爍光透過兩種光介面時的損失。

作為本發明的進一步改進，屏蔽防護體設有樣品更換通道。

作為本發明的進一步改進，所述的X熒光探頭使用Lu_1.8Y_0.2SiO₅:Ce晶體，其尺寸為Ф10×0.6cm。

作為本發明的進一步改進，所述的激光測距儀與樣品臺上的樣品表面距離為1.3～1.7cm。

作為本發明的進一步改進，所述的X光管、X熒光探頭與樣品的表面法線夾角為67.5°。

作為本發明的進一步改進，所述的位置靈敏型光電倍增管選用Hamamatsu公司的光電倍增管R3292-02型號，其目在于可擴大探測器視野、提高探測效率和分辨率。

本發明具有以下有益效果：