[发明专利]大尺度金属构件偏析度分析仪及分析方法

说明书

本发明属于偏析分析技术领域，特别涉及一种大尺度金属构件偏析度分析仪及分析方法。分析仪包括高精密三维数控工作台、样品表面加工模块、偏析度分析模块和结果表征模块；高精密三维数控工作台包括在水平X轴和Y轴方向精密移动用于固定待测样品的水平样品台，以及相互平行且垂直于X轴Y轴平面的Z轴和W轴；样品表面加工模块和偏析度分析模块能够上下移动地分别安装在高精密三维数控工作台的Z轴和W轴上，位于水平样品台上的待测样品的上方；样品表面加工模块包括用于在待测样品表面进行表面加工的刀具；偏析度分析模块包括激发光源和用于对待测样品表面进行分析的光谱仪；刀具的中心与所述光谱仪的火花台之间的间距一定距离。

技术领域

本发明属于偏析分析技术领域，特别涉及一种大尺度金属构件(长度100mm-2000mm，宽度100mm-2000mm)偏析度分析仪及分析方法。

背景技术

单火花放电是由导电通道和金属电极物质形成的等离子体两者构成火花在电极之间击穿时，在电极间形成的很细的导电通道中，气体被强烈电离。通道形成后，电容通过通道放电，在短时间内释放大量能量，最大电流密度可达到1～10A/cm2，使通道具有很高的温度(6000℃以上)。管道形成以后，即以1～5000m/s的速度剧烈扩张，形成冲击波前温度迅速下降。电火花击穿后，电压急剧下降，电流密度降低，光源的性质实际转变为电弧。电极物质被灼热蒸发进入弧柱，依靠粒子之间碰撞而激发。电容器通过通道在电极表面接触的区域中释放大量能量，使电极物质呈现一股发光蒸气喷射出来。每次放电都在电极两端表面不同的地方产生新通道，因此，火花也在表面不同的地方随机产生。

以火花光源作为激发源的原位分析仪是解决金属表面元素分布的重要手段，目前已经能成功解决100mm×100mm样品表面的元素偏析、疏松、夹杂的分布分析。但是对于米级尺度的大样品的表面元素偏析度的分析，因为分析时间长、数据量大，计算量大，如何尽可能缩短分析时间，在仪器的稳定时间内快速完成大样品的扫描分析、并进行快速计算显得至关重要。同时需要一种快速的大尺度表面元素分布计算模型来解决这一难题。

大样品分析因为扫描面积大、分析时间长，需要能长时间稳定激发的激发光源，并实现光源激发与光谱信号采集同步，才能实现大样品的表面扫描分析。本申请的申请人在金属材料的分析检测方面做了大量的研究工作，并申请了多件专利，在大型样品分析检测方面，于2019年3月14日递交了‘材料组织结构大尺寸高通量定量表征三维重构设备和方法’(中国专利申请号No.201910192461.6)，采用的设备为辉光放电溅射与扫描电镜联用，对金属材料微观组织结构进行三维重构，但该申请的技术方案对于金属材料表面偏析度的分析无法通用。

材料表面偏析度的分析通常采用火花放电与原位分析仪结合，大样品的表面加工通常采用数控加工中心或数控磨床来实现，属于比较成熟的技术，但是大样品加工后，进行单火花扫描分析时，需要对样品进行搬运、二次装卡、二次定位，会大大降低大样品的表面偏析度扫描分析效率。因此迫切需要一种能够集加工、扫描、表征于一体的装备，提高分析效率，免除搬运、二次装卡、二次定位的难题。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的一个目的是提供一种大尺度金属构件偏析度分析仪，可长时间稳定激发光源，具有单火花分布数学模型，集加工、扫描、表征于一体，适用于大面积(长度100mm-2000mm，宽度100mm-2000mm)样品的偏析度高效、快速表征。

本发明的另一个目的是提供上述大尺度金属构件偏析度分析仪的分析方法。

本发明的关键是提供长时间(48小时)连续稳定激发的单火花光源，建立超大样品的偏析度表征高速计算模型，使得随机均匀分布的单火花强度与样品表面位置信息一一对应起来，样品扫描与结果表征同步进行，实现样品表面位置的元素分布表征。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种大尺度金属构件偏析度分析仪，包括高精密三维数控工作台、样品表面加工模块6、偏析度分析模块8和结果表征模块。