[发明专利]一种大曲率微小件表面多层金属薄膜的无损检测方法

说明书

本发明公开一种大曲率微小件表面多层金属薄膜的无损检测方法，包括以下步骤：S1：采用同步辐射X射线微束技术对样品进行检测；S2：采用切入射方法获得表面金属膜层的衍射信号，通过转动样品，使样品与入射X射线相切，入射X射线与样品表面夹角趋近于0°，进而获得表面金属膜层的衍射信号；S3：采用掠入射方法获得中间金属膜层的衍射信号，通过转动样品，使样品中间层与入射X射线形成夹角，夹角小于5°，进而获得中间层金属薄膜镀层的衍射信号；S4：采用透射方法对衍射信号进行校准，此时转动样品，使X射线水平穿透2层复合镀层，从而获得2套衍射信号以辅助校准；采用具有高亮度的同步辐射光源和同步辐射微束技术获得微米级的空间分辨率。

技术领域

本发明涉及金属内部无损检测领域，具体而言，涉及一种大曲率微小件表面多层金属薄膜的无损检测方法。

背景技术

高精度陀螺等精密微小构件的表面常需要镀覆多层异种金属薄膜，而膜层受基底材料差异的影响其结构或取向可能不同，且受构件形状和镀覆工艺的影响，膜层随在构件上分布位置的不同，也可能有厚度、取向、结构的差异，而这些都是影响薄膜的性能和服役寿命的重要因素。因此，对表面多层薄膜结构与应变分布的无损检测是监测膜层质量与调控镀膜工艺的关键。

目前，常用于金属薄膜镀层的无损检测有激光超声检测、中子衍射、X射线衍射和同步辐照技术等。激光超声检测是用强度调制的激光束射入闭合的介质空间时可产生声波，通过这种波的检测来达到对材料性质的无损评价，可用于超薄材料的检测和物质微结构的研究，能够准确确定缺陷的位置、固体材料的厚度、表面残余应力、温度等。无需耦合剂、非接触、灵敏度高等特点使得它可以用于测量高温有辐射等恶劣环境下的检测、纳米材料的测量、复合材料构件评估等方面。但由于其光声能量转换效率低、超声接受灵敏度较低，其理论和实验研究并不是很深入，对于不透明的金属材料应用能力有限。中子衍射具有很强的穿透能力，能够以毫米量级的空间分辨力提供从表层以下 100μm到几个厘米甚至十几厘米深度的信息，可以延伸至结构部件深处去获取内部结构信息，目前已可广泛应用于焊接结构、复合材料和其他多相材料、塑性变形部件和材料、近表面应力等领域中去，但由于中子束流强度较弱，需要测量的时间较长，中子源建设和运行费用昂贵，且测量样品的标准体积较大，空间分辨率较差，因而难以满足微小器件表层薄膜的高空间分辨率要求。X射线衍射技术是最常用的获取材料内部晶格的行射信号以判断金属内部结构、晶格应变、晶格应力等信息的无损检测方法，它相比中子衍射技术，具有更小的衍射体积和空间分辨率。但对于形状复杂的大曲率微小结构件陀螺仪的表面多层结构纳米膜而言，由于其表面膜层厚度仅为纳米量级，常规实验X射线源通量不足以获得足够大峰背比的衍射信息以供分析，因此难于使用普通X射线衍射仪或残余应力仪来进行检测，使用同步辐射技术可以获得高亮度的X射线以满足检测需求，但陀螺仪的大形状曲率与微小尺寸结构特征，有对检测提出了高空间分辨率的需求，这就使得必须使用高亮度、小束斑的X射线光源。因此，急需要一种能够解决上述问题的大曲率微小件表面多层金属薄膜的无损检测方法。

发明内容

本发明旨在提供一种大曲率微小件表面多层金属薄膜的无损检测方法，采用具有高亮度的同步辐射光源以克服常规X射线源通量不足的问题，同时采用同步辐射微束技术以获得微米级的空间分辨率，对于陀螺仪的大形状曲率与微小尺寸结构特征带来的无损检测难题，提供了解决方案。

本发明的实施例是这样实现的：

一种大曲率微小件表面多层金属薄膜的无损检测方法，包括以下步骤：

S1：采用同步辐射X射线微束技术对样品进行检测；

S2：采用切入射方法获得表面金属膜层的衍射信号，通过转动样品，使样品与入射X射线相切，入射X射线与样品表面夹角趋近于0°，进而获得表面金属膜层的衍射信号；

S3：采用掠入射方法获得中间金属膜层的衍射信号，通过转动样品，使样品中间层与入射X射线形成夹角，夹角小于5°，进而获得中间层金属薄膜镀层的衍射信号；