《JB-T 8426-1996 金属覆盖层 镍-磷合金镀层X身线衍射试验方法.pdf.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《JB-T 8426-1996 金属覆盖层 镍-磷合金镀层X身线衍射试验方法.pdf.pdf（9页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、 A29 JB/T 842696 金属覆盖层 镍磷合金镀层 X 射线衍射试验方法 1996-09-03 发布 1997-07-01 实施 中华人民共和国机械工业部 发 布 前 言 本标准是在广泛查阅自 1983 年以来国内外发表的非晶态镍磷合金镀层大量研究工作的基础上编 写制订的， 其中有关的数据与结论来源于我国权威性学术刊物 物理学报和金属学报所发表的研 究结果。 本标准自 1997 年 7 月 1 日起实施。 本标准由全国金属与非金属覆盖层标准化技术委员会提出并归口。 本标准起草单位：机械工业部武汉材料保护研究所。 本标准起草人：邬庆平。 JB/T 842696 1 1 范围 本标准规定了
2、镍磷合金镀层的X射线衍射试验方法，适用于鉴别镍磷合金电镀层或化学镀层的结 构，确定镀层在晶态合金、非晶态合金或它们的混合物中属于哪一种。 2 定义 本标准采用下列定义。 2. 1 质量吸收系数m mass absorption coefficient m 设一束强度为I0的X射线进入密度为的物质，则在该物质距表面深度为x处，X射线的强度Ix可以 表示为 IxI0 exp(mx) （1） 如果物质由多元组成，且i为物质中 i 组元的质量百分数，则该物质的质量吸收系数为 mimi （2） 2. 2 比值Gx the ratio Gx 比值Gx定义为： = x x xx x I I G 0 0 x
3、d d （3） Gx为从样品表面至深度为x处的衍射强度与样品总衍射强度的比值。 ) sin 2 exp(1 m x x G= （4） 式中：布拉格角。 3 样品制备 3. 1 样品架 大多数衍射仪样品架由玻璃制成，样品架的构造如图 1 所示，用以制备粉末样品。 图 1 玻璃样品架构造 机械工业部 1996-09-03 批准 中 华 人 民 共 和 国 机 械 行 业 标 准 金属覆盖层 镍磷合金镀层 X 射线衍射试验方法 JB/T 842696 1997-07-01 实施 JB/T 842696 2 有的衍射仪样品架是由铝制成的，放置样品的部位是空心的(见图2)。这种情况下，为使少量粉末 制成
4、样品，可用适当大小的玻璃片嵌入空心部位。 图 2 铝制样品架 样品架的大小因仪器的型号不同而略有不同，图 1、图 2 所示的大小(11)较为常见。 3. 2 粉末样品的制备 作为试验用的镀层，宜镀在钛或不锈钢试片上，然后反复弯曲试片，收集由试片上脱落的碎片，再 置入玛瑙研钵中研细。 如果样品量很少，不必过筛，用清洁的毛笔把大部分粉末样品刷到样品架上，研 钵内保留少部分粉末。用少量粘合剂(可使用普通胶水)与粉末混匀成糊状， 并使糊状样品略高出样品架 表面， 待粘合剂接近干燥时，再将研钵中剩余的粉末均匀撒在上面，然后用清洁平整的玻璃片轻轻压紧 并削去多余粉末，样品即制成。 如果镀层的基体金属很厚不
5、易弯折，可使用硬质刀具将镀层刮下。 此时应注意， 不要触及基体金属 材料。用这种方法能收集到的样品很少，必要时，可使用清洁平整的玻璃片(如生物显微镜所使用的载 物片)，在其上涂一层薄薄的粘合剂，涂粘合剂的部位应选择在衍射仪中能被射线辐照的部位，待接近 干燥时，将少量粉末均匀撒在粘合剂上，稍加平整制成样品。 3. 3 入射X射线贯穿的深度 X射线进入样品后，其强度(I)的衰减程度与样品质量吸收系数m(见2.1)和密度有关。m与所使用 的X射线辐射波长有关。对于镍磷合金，m与所使用的辐射波长的关系如表1所示。在表1中取磷含量质 量百分数为3%、8%和15%，分别代表镍磷合金镀层中典型的低、中、高磷
6、含量；CuK和MoK表示以 铜和钼作为阳极材料(靶)时所产生的K特征X射线辐射，它们的波长()分别为0.154nm和 0.071nm。 表 1 镍磷合金质量吸收系数m与辐射波长的关系 m cm2/g P (m/m) CuK MoK g/cm3 3 8 15 50.01 51.20 52.86 46.22 44.25 41.49 8.69 8.33 7.84 由于入射X射线进入样品后迅速衰减，在任何情况下都可以认为X射线衍射图样所提供的信息主要 来自样品近表层。 如果镀层为平面， 镀件尺寸很小因而适于安装到衍射仪中， 在某些情况下可以不剥离 镀层而直接对镀件进行考察，这时应考虑比值Gx，见式(3
7、)与式(4)。式(4)可以改写成： JB/T 842696 3 xG = sin3026. 2 102 )1lg( 4 m x （5） 设在含磷量为 8%(m/m)的镍磷合金镀层中，含有Ni（P）过饱和固溶体晶体相，在使用CuK辐 射时，对Ni111晶面衍射强度的计算结果列入表2 并示于图3。 表 2 Gx随深度 x 的变化 x m Gx 0 0 1 0.2031 5 0.6757 10 0.8946 15 0.9657 20 0.9889 图 3 Gx随深度x的变化 由表2和图3可见，如果衍射仪的计数涨落达4%，而镍磷合金镀层厚度达到15m时，则基体衍射 的影响可以忽略不计。 对于不同的晶面
8、和不同的衍射条件， 可按照上述相同的步骤进行计算， 以便估计是否可对镀件直接 进行考察。 4 试验条件的选择 4. 1 辐射波长的选择：考虑到Ni的K吸收缘为0.1488nm，因此应首先选择CuK辐射，它适合于2 40100范围内观察样品衍射的全貌。 如果样品为晶态与非晶态的混合物， 并且其中的晶体相极 少，那么在衍射图上晶体相的衍射线会很弱甚至难以明确识别，在这种情况下，可改用MoK辐射再 进行试验。 4. 2 当衍射仪测角台半径为185nm，试样宽度为20mm时，在使用CuK辐射的条件下，水平发射狭缝 DS可选取1或2；在使用MoK辐射的条件下，DS选取1；其他试验条件的选择与一般衍射分析
9、 的要求相同。在使用单色仪时，相关条件的选择可按仪器的使用说明书确定。 4. 3 衍射图的横坐标代表衍射角(2)。纵坐标代表衍射强度，由单位时间内的脉冲数(c/s)表示。与纵 坐标的满刻度对应的脉冲数称为量程， 一般来说， 通过调整仪器的量程，使衍射线的最高强度值达到满 刻度的1/23/4为宜。在本标准所涉及的试验中，纵坐标的标度与试验结果无关。 JB/T 842696 4 5 镍磷合金中的晶体相 镍磷系合金中晶体相的意义在本标准中包括两方面的含义， 其一是指在镍磷合金镀层的形成过程 中，因沉积条件的影响未能形成完全非晶态而出现在镀层中的晶体相；其二是指非晶态镍磷合金镀层 在高温下发生晶化转变
10、产物的晶体相。 含磷量18(m/m)%以下时，镍磷合金中的各种晶体相及其有关点阵参数如下： a) 磷在镍中的过饱和固溶体相含磷量一般3%(m/m) ，面心立方点阵，a0.352 nm。 b) Ni3P相，体心四方点阵，a0.895 nm，c0.439 nm。 c ) Ni12P5相，体心四方点阵，a0.864 nm，c0.507 nm。 d) 亚稳相，面心立方点阵，a0.548 nm，相作为母相可转变为六角多型体1、2、3，它们 具有相同的点阵参数a0.673 nm， 但c值分别为0.943 nm、1.413 nm、3.768 nm且c3/c14， c2/c13/2。 如果镍磷合金镀层在其形成
11、过程中是因沉积条件的影响而未能形成完全非晶态，那么在镀层中出 现的晶体相通常是P在Ni中的过饱和固溶体相，该相有关数据见表 3。 表 3 在使用 CuK和 MoK时，Ni(P)相的衍射角(2)值 Ni(P) 2 d nm hkl CuK MoK 0.2034 111 44.54 23.12 0.1762 200 51.89 23.27 0.1246 220 76.44 33.14 0.10624 311 93.08 39.08 0.10172 222 98.55 40.89 表3中d为Ni（P）相的晶面间距，hkl为衍射面指数，2值为分别使用CuK和MoK辐射时各 衍射面hkl的衍射角值。 6
12、 试验结果 完全非晶态NiP合金衍射图如图4所示，图4为采用CuK对化学镀层含磷11%(m/m)进行衍射 试验的结果，在24050范围内可看到一个单调宽化的衍射峰(俗称“馒头峰”)，显示典型的非晶 态衍射结果。另外，在27595范围内还存在第二个弱的馒头峰，当衍射试验采用同一量程时， 第二个馒头峰一般不易出现。为了能观察到第二个馒头峰，往往需在265以后使用更小的量程， 见图5。图5为采用CuK时电沉积N iP合金层的试验结果。 图 4 非晶态NiP合金化学镀层衍射图(CuK) JB/T 842696 5 A非晶态； M混晶； C晶态 图 5 NiP合金电镀层X射线衍射图(CuK) 图5中A1
13、、A11 为完全非晶态NiP合金，M为晶态与非晶态合金的混合物，其特征为在非晶态馒头 峰上叠加了晶态衍射峰，C表示完全晶态合金(馒头峰消失)。把图5 中M、C与表3进行比较可以得出，在 NiP合金镀层中出现的晶态物质为磷在金属镍中的过饱和固溶体，其衍射峰的位置可以由表3确定。 如果在NiP合金镀层中出现其他晶态物质，则这些晶态物质可能是高温晶化过程的产物。 图6(a)为采用CuK对电沉积非晶态NiP合金层的衍射结果。 图 6 非晶态NiP合金电镀层(a)的各种高温晶化转变的产物(b，c，d)(CuK) 该镀层在不同温度下经高温晶化转变的产物，由CuK辐射所得到的衍射图分别如图6(b)、 图6(
14、c) 和图6(d)所示， 例如：图6(d)为该镀层经 450晶化转变后，NiP非晶态合金已转变为Ni3P晶体相， Ni3P 相可以由以下步骤确定：Ni3P相为体心四方点阵，a0.895 nm；c0.439 nm见5 b) 。 由 2 2 2 22 2 hkl 1 c l a kh d + + = （6） JB/T 842696 6 可以计算出hkl指数相对应的一系列d值(因为是体心四方点阵，故要求h+k+l=偶数)，同时根据布拉 格公式 2 d sin （7） 由衍射图中测定出各晶面的d值，式(7)中，为布拉格角，为所使用的X射线波长；把计算的与 实验的d值进行比较，如表4所示并根据表4确定该
15、相为Ni3P晶体相。 表 4 Ni3P相计算值与实验值比较 Ni3P d值 nm hkl 计算值 实验值 301 0.246 0.248 321 0.216 0.217 330 0.210 0.212 112 0.207 0.208 420 0.200 0.200 411 0.194 0.195 222 0.180 0.181 510 0.176 0.176 312 0.173 0.174 501 0.166 0.166 7 试验报告 试验报告应包括以下各项： a) 试验日期； b) 试验所采用的标准或参照标准的编号； c) 试验所使用的衍射仪型号和X射线源，如果在试验中采用Cu靶X射线管并使
16、用单色器，则在Cu 的一切特征谱中只保留了CuK，因此，X射线源可用CuK表示，这种表示也适用于其他靶材料； d) 样品名称和编号、样品来源和制备方法； e) 试验结果分析和结论； f) 试验室名称和试验人姓名。 JB/T 842696 中 华 人 民 共 和 国 机 械 行 业 标 准 金属覆盖层 镍磷合金镀层 X 射线衍射试验方法 JB/T 842696 * 机 械 科 学 研 究 院 出 版 发 行 机 械 科 学 研 究 院 印 刷 （北京首体南路 2 号 邮编 100044） * 开本 8801230 1/16 印张 3/4 字数 14,000 1997年 1月第一版 1997 年 1 月第一次印刷 印数 1500 定价 5.00元 编号 97044 机械工业标准服务网：http:/www .JB