[發明專利]一種材料表面硬度的測量方法及測量裝置

在審

• 申請號: 201711284327.6
• 申請日: 2017-12-07
• 公開（公告）號: CN107907531A
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發明（設計）人: 鄒林;王頌;李銳海;王希林
• 申請（專利權）人: 南方電網科學研究院有限責任公司;清華大學深圳研究生院
• 主分類號: G01N21/73
• 分類號: G01N21/73
• 代理公司: 北京中博世達專利商標代理有限公司11274
• 代理人: 申健

1.一種材料表面硬度的測量方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、用第一脈沖激光照射第一材料的表面，獲取所述第一材料的激光等離子體光譜；

S2、從所述激光等離子體光譜中獲得第一分析元素的原子光譜，根據所述第一分析元素的原子光譜計算出激光等離子體溫度，其中，第一分析元素為所述第一材料組成元素中的一種；

S3、根據與所述第一材料相同的材料的表面硬度與激光等離子體溫度之間的函數關系確定所述第一材料的表面硬度。

2.根據權利要求1所述的材料表面硬度的測量方法，其特征在于，步驟S3包括以下步驟：

根據步驟S2中所獲得的激光等離子體的光譜，確定所述第一分析元素的多條原子譜線；

將多條所述原子譜線對應的坐標點擬合成直線，

其中，每條所述原子譜線對應的坐標點為(E_k，ln(I_kiλ_ki/g_kA_ki))，在坐標(E_k，ln(I_kiλ_ki/g_kA_ki))中，I_ki為發射光譜的強度，λ_ki為波長，g_k為上能級的簡并度，A_ki為躍遷幾率，E_k為激發態能量；并且所述直線的斜率值L與所述第一材料的激光等離子體的溫度T滿足以下公式：L＝-1/mT，所述公式中，m為玻爾茲曼常數。

3.根據權利要求2所述的材料表面硬度的測量方法，其特征在于，在獲得所述第一材料的激光等離子體光譜之后，選取所述第一分析元素的多條原子譜線之前，還包括以下步驟：

對所述第一材料的激光等離子體的光譜進行歸一化處理。

4.根據權利要求1所述的材料表面硬度的測量方法，其特征在于，與所述第一材料相同的材料的表面硬度與激光等離子體溫度之間的函數關系通過以下步驟獲得：

N1、測得多個第二材料構成的樣品在待測位置處的硬度值，其中，所述第二材料與所述第一材料采用的材料相同；

N2、用第二脈沖激光分別照射每個所述樣品的待測位置，分別獲取每個所述樣品的待測位置處的激光等離子體光譜；

N3、從步驟N2所獲取的激光等離子體光譜中獲得第二分析元素的原子光譜，根據所述第二分析元素的原子光譜分別計算出每個所述樣品的待測位置處的激光等離子體溫度，所述第二分析元素為所述第二材料組成元素中的一種；

N4、根據多個所述樣品在待測位置處的硬度值和激光等離子體溫度，建立所述第二材料的表面硬度與激光等離子體溫度之間的函數關系。

5.根據權利要求4所述的材料表面硬度的測量方法，其特征在于，同一個所述樣品上具有多個待測位置。

6.根據權利要求4或5所述的材料表面硬度的測量方法，其特征在于，多個所述樣品中，至少有兩個的運行年限不同。

7.根據權利要求1～5中任一項所述的材料表面硬度的測量方法，其特征在于，步驟S1包括用第一脈沖激光對所述第一材料的同一位置進行多次照射，使用第二次或第二次之后照射所得到的數據作為有效的測量數據。

8.一種材料表面硬度的測量裝置，其特征在于，包括激光器、聚焦透鏡、光譜儀和計算機設備，所述聚焦透鏡位于所述激光器所發出激光的路徑上，

所述光譜儀與所述計算機設備相連接，所述光譜儀用于捕捉激光等離子體的發射光譜，并將所捕捉的激光等離子體的發射光譜傳送至所述計算機設備；

所述計算機設備用于從所述光譜儀所捕捉的等離子體的發射光譜中獲得第一分析元素的原子光譜，根據所述第一分析元素的原子光譜計算出所述激光等離子體溫度；然后，根據與所述第一材料相同的材料的表面硬度與所述激光等離子體溫度之間的函數關系確定所述第一材料的表面硬度。

9.根據權利要求8所述的材料表面硬度的測量裝置，其特征在于，還包括擴束器，所述擴束器位于所述激光器所發出激光的路徑上，并且位于所述激光器和所述聚焦透鏡之間。

10.根據權利要求8所述的材料表面硬度的測量裝置，其特征在于，所述計算機設備與所述激光器相連接，所述計算機設備可向所述激光器發送觸發指令，所述激光器可根據接收到的所述指令，以發射激光。