Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 10310:2014 về Lớp phủ kim loại - Đo chiều dày lớp phủ - Phương pháp quang phổ tia X quy định các phương pháp đo chiều dày lớp phủ kim loại bằng cách sử dụng các phương pháp quang phổ tia X. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.
TIÊU CHUẨN QUỐC GIA TCVN 10310:2014 ISO 3497:2000 LỚP PHỦ KIM LOẠI - ĐO CHIỀU DÀY LỚP PHỦ - PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ TIA X Metallic coating - Measurement of coating thickness - X-ray spectrometric methods Lời nói đầu TCVN 10310:2014 hoàn toàn tương đương ISO 3479:2000 TCVN 10310:2014 Ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC 174, Đồ trang sức biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học Công nghệ công bố LỚP PHỦ KIM LOẠI - ĐO CHIỀU DÀY LỚP PHỦ - PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ TIA X Metallic coating - Measurement of coating thickness - X-ray spectrometric methods Phạm vi áp dụng CẢNH BÁO: Tiêu chuẩn không đề cập tới vấn đề bảo vệ thử nghiệm viên khỏi tác hại tia X Thử nghiệm viên phải đào tạo an toàn xạ Thiết bị phải kiểm tra an toàn xạ định kỳ theo quy định an toàn xạ hành 1.1 Tiêu chuẩn quy định phương pháp đo chiều dày lớp phủ kim loại cách sử dụng phương pháp quang phổ tia X 1.2 Các phương pháp đo quy định tiêu chuẩn phương pháp xác định khối lượng kim loại đơn vị diện tích Khi biết tỷ khối lớp phủ, kết phép đo biểu thị chiều dày tuyến tính lớp phủ 1.3 Các phương pháp đo cho phép đo đồng thời hệ phủ có tới lớp, đo đồng thời chiều dày thành phần lớp có đến ba cấu tử 1.4 Các phạm vi đo thực tế vật liệu phủ cho thường xác định lượng huỳnh quang tia X đặc trưng cần phân tích độ khơng đảm bảo đo chấp nhận phép đo chúng khác tuỳ thuộc vào hệ thống thiết bị quy trình vận hành sử dụng Thuật ngữ định nghĩa Tiêu chuẩn áp dụng định nghĩa thuật ngữ sau: 2.1 Huỳnh quang tia X, XRF (X-ray fluorescence, XRF) Bức xạ thứ cấp sinh chùm tia X tới có cường độ lớn tác động lên vật liệu nằm đường chùm tia tới CHÚ THÍCH: Phát xạ thứ cấp có bước sóng lượng đặc trưng cho vật liệu 2.2 Cường độ xạ huỳnh quang (intensity of flourescent radiation) Cường độ xạ, X, đo thiết bị, biểu thị số lần đếm (các xung xạ) giây 2.3 Chiều dày bão hồ (saturation thickness) Đó chiều dày, vượt không sinh thay đổi nhận biết cường độ huỳnh quang CHÚ THÍCH : Chiều dày bão hồ tuỳ thuộc vào lượng bước sóng xạ huỳnh quang, vào tỷ khối số nguyên tử kim loại phụ thuộc vào góc xạ tới góc xạ huỳnh quang so với bề mặt kim loại 2.4 Cường độ chuẩn hố xn (normalized intensity) Tỷ số hiệu cường độ đo từ mẫu thử phủ, x, vật liệu không phủ, x0, hiệu đo từ vật liệu có chiều dày lớn chiều dày bão hoà , x s, (xem 2.3) vật liệu không phủ, x0, tất đo điều kiện CHÚ THÍCH 1: Mối quan hệ toán học biểu thị sau: xn = x x0 xs x0 Trong đó: X cường độ đo từ mẫu thử phủ; Xo cường độ đo từ vật liệu chưa phủ; Xs cường độ đo từ vật liệu có chiều dày lớn chiều dày bão hồ; CHÚ THÍCH 2: Cường độ chuẩn hố độc lập với phép đo thời gian thu nhận cường độ kích thích (bức xạ tới) Dạng hình học lượng xạ kích thích ảnh hưởng tới tốc độ đếm chuẩn hoá Giá trị Xn thích hợp 2.5 Lớp phủ trung gian (intermadiate coatings) Những lớp phủ nằm lớp phủ vật liệu có chiều dày nhỏ chiều dày bão hòa vật liệu phủ CHÚ THÍCH: Bất lớp phủ nằm lớp phủ vật liệu có chiều dày bão hồ phải coi phần thực vật liệu lớp phủ không ảnh hưởng tới phép đo loại trừ đo 2.6 Tốc độ đếm (count rate) Số xung xạ thiết bị ghi lại đơn vị thời gian (xem 2.2) 2.7 Vật liệu nền/kim loại (basis material/basis metal) Vật liệu mà phía có lớp phủ lắng đọng hình thành [TCVN 8571:2010 (ISO 2080:2010), định nghĩa 3.22] 2.8 Lớp (substrate) Vật liệu mà lớp phủ lắng đọng trực tiếp CHÚ THÍCH: Đối với lớp phủ lớp phủ đầu tiên, lớp đồng nghĩa với vật liệu nền, lớp phủ tiếp theo, lớp phủ trung gian lớp [TCVN 8571:2010 (ISO 2080:2010), định nghĩa 3.185] Nguyên tắc 3.1 Cơ sở trình hoạt động Tồn mối quan hệ khối lượng đơn vị diện tích lớp phủ (và chiều dày tuyến tính lớp phủ, biết tỉ trọng) cường độ xạ thứ cấp Đối với hệ thống thiết bị thực tế nào, mối quan hệ thiết lập trước hết cách hiệu chỉnh dùng mẫu chuẩn hiệu chỉnh có lớp phủ biết trước khối lượng đơn vị diện tích Nếu biết tỷ khối vật liệu phủ, mẫu chuẩn có lớp phủ có chiều dày biết trước theo đơn vị tuyến tính, với điều kiện giá trị tỷ khối thực biết CHÚ THÍCH: Tỷ khối vật liệu phủ tỷ khối phủ, khơng tỷ khối lý thuyết vật liệu phủ thời điểm thực phép đo Nếu tỷ khối khác với tỷ khối mẫu chuẩn dùng hiệu chỉnh, cần sử dụng hệ số phản ánh khác ghi vào báo cáo thử Cường độ huỳnh quang hàm theo bậc số nguyên tử nguyên tố Các nguyên tố phát xạ có tính đặc trưng cho nguyên tố với điều kiện lớp phủ trên, lớp phủ trung gian (nếu có) lớp chứa nguyên tố khác lớp phủ có nhiều nguyên tố Một hệ thống detector phù hợp điều chỉnh để chọn lọc nhiều vùng lượng, giúp thiết bị có khả đo chiều dày và/hoặc thành phần lớp phủ đồng thời lớp phủ số lớp phủ trung gian 3.2 Kích thích 3.2.1 Quy định chung Phép đo chiều dày lớp phủ phương pháp quang phổ tia X dựa tương tác kết hợp lớp phủ (hoặc lớp phủ) lớp với chùm tia X đơn đa mạnh, thường hẹp Tương tác phát bước sóng (hoặc lượng) rời rạc xạ thứ cấp đặc trưng cho nguyên tố cấu thành (các) lớp phủ lớp Bức xạ phát thu từ thiết bị phát ống tia X cao từ đồng vị phóng xạ thích hợp 3.2.2 Phát ống tia X cao Bức xạ kích thích phù hợp tạo ống tia X cấp điện đủ lớn điều kiện ổn định Điện sử dụng từ 25 đến 50 kV hầu hết yêu cầu chiều dày, cần thiết hạ điện xuống 10 kV để đo vật liệu phủ có số nguyên tử thấp Trong số ứng dụng, việc sử dụng lọc sơ cấp đặt ống tia X mẫu thử làm giảm độ khơng đảm bảo Những lợi phương pháp kích thích là: - Bằng cách chuẩn trực, có khả tạo chùm tia có cường độ cao đơn vị diện tích đo nhỏ; - Dễ dàng kiểm sốt yêu cầu an toàn người; - Độ ổn định điện áp trình phát xạ đạt phương pháp điện tử đại 3.2.3 Phát đồng vị phóng xạ Chỉ có số đồng vị phóng xạ phát xạ gamma vùng lượng thích hợp cho việc đo chiều dày lớp phủ Điều lý tưởng là, xạ kích thích có lượng cao chút (bước sóng ngắn hơn) so với tia X đặc trưng yêu cầu Ưu điểm phát đồng vị phóng xạ bao gồm khả tạo thiết bị gọn hơn, chủ yếu nhờ không cần làm mát Ngồi khơng giống ống phát tia X cao thế, xạ đơn sắc có cường độ thấp Những bất lợi kỹ thuật so sánh với phương pháp ống tia X là: - Tạo cường độ thấp nhiều làm hạn chế phép đo diện tích nhỏ; - Một số đồng vị phóng xạ có chu kỳ bán rã ngắn; - Vấn đề bảo vệ người liên quan tới đồng vị phóng xạ cường độ cao (ống tia X cao tắt nguồn cách đơn giản) 3.3 Sự phân tán 3.3.1 Quy định chung Bức xạ thứ cấp hình thành từ chiếu xạ tia X bề mặt lớp phủ thường chứa thành phần thêm vào, bên cạnh thành phần cần có để xác định chiều dày lớp phủ Các thành phần mong muốn tách phương pháp phân tán theo bước sóng phân tán theo lượng 3.3.2 Sự phân tán theo bước sóng Bước sóng đặc trưng lớp phủ lớp lựa chọn cách sử dụng máy quang phổ tinh thể Các liệu phát xạ đặc trưng tiêu biểu cho tinh thể thường dùng có sẵn dạng tài liệu xuất quốc gia khác 3.3.3 Sự phân tán theo lượng Lượng tử tia X thường quy định theo thuật ngữ bước sóng lượng tương đương Mối quan hệ bước sóng K tính nanomét lượng E, tính kiloelectron-volt (keV) viết sau: X E = 1,239 842 3.4 Sự nhận biết Loại detector dùng cho hệ phân tán theo bước sóng ống đếm khí, detector bán dẫn ống đếm nhấp nháy Detector phù hợp dùng để nhận biết lượng tử huỳnh quang dùng hệ thống phân tán theo lượng nhà thiết kế thiết bị lựa chọn tuỳ theo áp dụng Trong vùng lượng khoảng 1,5 keV đến 100 keV thực phép đo khí bình thường khơng cần thiết khí hêli tạo chân khơng Bức xạ huỳnh quang với lượng đặc trưng khác vào đầu đo phân bố lượng tiếp đến máy phân tích đa kênh điều chỉnh thích hợp để chọn dải lượng 3.5 Phép đo chiều dày 3.5.1 Phương pháp phát xạ Nếu đo cường độ xạ đặc trưng từ lớp phủ, cường độ tăng theo độ dày chiều dày bão hồ Xem Hình 1a) Khi sử dụng phương pháp phát xạ tia X, thiết bị điều chỉnh để nhận vùng chọn lọc lượng đặc trưng vật liệu phủ Vì lớp phủ mỏng tạo cường độ thấp lớp phủ dày tạo cường độ cao 3.5.2 Phương pháp hấp thụ Nếu đo cường độ xạ đặc trưng từ lớp nền, cường độ giảm với việc chiều dày tăng lên Xem Hình 1b) Phương pháp hấp thụ tia X sử dụng vùng với lượng đặc trưng vật liệu Do lớp phủ mỏng thu cường độ cao lớp phủ dày tạo cường độ thấp Trong thực tế, phải ý để bảo đảm khơng có lớp phủ trung gian Đặc trưng hấp thụ tương tự nghịch đảo đặc trưng phát xạ Hình - Sơ đồ minh hoạ mối quan hệ cường độ tốc đếm chiều dày lớp phủ 3.5.3 Phương pháp tỷ số Có thể kết hợp phát xạ hấp thụ tia X chiều dày lớp phủ biểu thị tỷ số cường độ tương ứng lớp lớp phủ Các phép đo phương pháp tỷ số không phụ thuộc nhiều vào khoảng cách mẫu thử detector 3.5.4 Phép đo Đối với hai phương pháp miêu tả 3.5.1 3.5.2, hệ thống tốc độ đếm chuẩn hoá thường sử dụng nhiều thiết bị lưu hành thị trường, điều chỉnh cho đặc trưng tốc độ đếm lớp không phủ số khơng với mẫu vật liệu phủ có chiều dày bão hòa đơn vị Như tất chiều dày đo tạo tốc độ đếm nằm phạm vi tốc độ đếm chuẩn hố từ đến Xem Hình Trong tất trường hợp, phạm vi đo tốt nhạy nằm khoảng 0,3 đến 0,8 thang tốc độ đếm chuẩn hố Do để có độ xác tốt phép đo tồn phạm vi chiều dày, việc sử dụng mẫu chuẩn hiệu chỉnh có đặc trưng tốc độ đếm từ 0,3 đến 0,8 có lợi Để đảm bảo độ xác chiều dày khác, số thiết bị cần mẫu chuẩn khác Do độ không đảm bảo đo tương đối mẫu hiệu chuẩn tăng lên chiều dày giảm, cần thiết phải thiết lập mối tương quan tốn học xác đầu móng phạm vi cách sử dụng cách thích hợp mẫu chuẩn có lớp phủ dày độ không đảm bảo đo thấp Tốc độ đếm chuẩn hóa CHÚ DẪN: Khoảng tuyến tính Khoảng logarit Khoảng hypecbon CHÚ THÍCH: = Tốc độ đếm từ vật liệu lớp bão hòa (chưa phủ) = Tốc độ đếm từ vật liệu phủ bão hòa (vơ hạn) Hình - Biểu đồ minh họa mối quan hệ khối lượng đơn vị diện tích với tốc độ đếm chuẩn hóa 3.6 Bộ lọc hấp thụ xạ thứ cấp Khi đo tổ hợp vật liệu phủ/nền có khác biệt lớn lượng (hệ phân tán theo lượng), tỷ lệ đặc trưng tốc độ đếm lớp phủ bão hồ so với lớp khơng phủ cao (điển hình 10:1) Trong trường hợp vậy, khơng phải lúc cần phải có mẫu hiệu chỉnh có lớp tương tự hay giống hệt (bởi vật liệu khơng xạ vùng lượng vật liệu phủ) Khi tỷ lệ tốc độ đếm lớp không phủ/lớp phủ vô hạn 3:1 (đối với tổ hợp lớp phủ/lớp có lượng tương tự), có lợi sử dụng “vật hấp thụ" chọn lọc để hấp thụ xạ vật liệu đó, thơng thường vật liệu Vật hấp thụ thường đặt bề mặt đo detector phương pháp thủ công hay tự động 3.7 Giải chập toán học Khi sử dụng máy phân tích đa kênh, sử dụng việc giải chập toán học xạ thử cấp để tách cường độ xạ đặc trưng Có thể sử dụng phương pháp lượng xạ đặc trưng phát không đủ khác nhau, ví dụ xạ đặc trưng có từ Au Br Phương pháp diễn đạt “sự lọc số” để phân biệt với phương pháp lọc (xem 3.6) 3.8 Phép đo nhiều lớp Có thể đo nhiều lớp phủ với điều kiện phát xạ tia X đặc trưng cho lớp khơng bị lớp ngồi hấp thụ hồn toàn Trong hệ phân tán theo lượng, cài đặt máy phân tích đa kênh để tiếp nhận hai nhiều vùng lượng riêng rẽ đặc trưng hai nhiều vật liệu 3.9 Phép đo chiều dày, thành phần hợp kim Những hợp kim hợp chất định, ví dụ Sn-Pb, đo đồng thời thành phần chiều dày Trong số trường hợp sử dụng phương pháp với điều kiện nêu 3.8, ví dụ Au Pd/Ni lớp hợp kim Cu Bởi việc đo chiều dày hợp kim hay hợp chất tuỳ thuộc vào thành phần hợp kim, điều quan trọng phải biết phải thừa nhận thành phần trước phép đo chiều dày đo thành phần CHÚ THÍCH: Thành phần thừa nhận đem đến sai số phép đo chiều dày Một số lớp phủ tạo thành hợp kim với chất trình khuếch tán vào Sự có mặt lớp hợp kim làm tăng thêm độ không đảm bảo đo phép đo Thiết bị, dụng cụ Xem Hình 3, CHÚ DẪN: Mẫu thử Bộ lọc hấp thụ Chùm tia X tới Ống chuẩn trực Ống tia X Chùm huỳnh quang tia X đặc trưng dùng để nhận biết phân tích Detector Giá đỡ mẫu a Cao Hình - Sơ đồ biểu diễn ống tia X CHÚ DẪN: Mẫu thử Bộ lọc hấp thụ Chùm tia X tới Ống chuẩn trực Ống tia X Chùm huỳnh quang tia X đặc trưng dùng để nhận biết phân tích Detector Giá đỡ mẫu a Cao Hình - Sơ đồ biểu diễn ống tia X với giá đỡ mẫu thử rắn CHÚ DẪN: Mẫu thử Đồng vị phóng xạ ống chuẩn trực Chùm tia X tới Chùm huỳnh quang tia X đặc trưng dùng để nhận biết phân tích Bộ lọc hấp thụ Detector Hình - Sơ đồ biểu diễn đồng vị phóng xạ nguồn tia X sơ cấp 4.1 Nguồn tia X sơ cấp, ống tia X, đồng vị phóng xạ thích hợp thiết bị mà phải có khả kích thích xạ huỳnh quang dùng cho phép đo 4.2 Ống chuẩn trực, dạng có độ mở định kích thước xác độ mở theo lý thuyết, hình dáng Kích thước lỗ hở hình thù định kích thước chùm tia X tới bề mặt lớp phủ cần đo Các thiết bị bán thị trường có độ mở ống chuẩn trực dạng tròn, vng chữ nhật 4.3 Detector, dùng để nhận xạ huỳnh quang từ mẫu vật cần đo, chuyển đổi sang tín hiệu điện sau chuyển tiếp để đánh giá Bộ phận đánh giá cài đặt để lựa chọn hay nhiều vùng lượng đặc trưng vật liệu cùng, trung gian và,hoặc vật liệu 4.4 Bộ phận đánh giá, để xử lý số liệu đầu vào phù hợp với chương trình phần mềm từ xác định khối lượng đơn vị diện tích chiều dày mẫu thử CHÚ THÍCH: Thiết bị huỳnh quang tia X thích hợp cho việc đo chiều dày lớp phủ phù hợp với tiêu chuẩn sẵn có thị trường Thiết bị thiết kế đặc biệt để đo chiều dày lớp phủ thiết bị thuộc loại phân tán theo lượng thường kèm theo vi xử lý để chuyển đổi phép đo cường độ sang khối lượng đơn vị diện tích chiều dày dùng để lưu trữ liệu hiệu chỉnh để tính tốn phép đo thống kê khác Các phận chủ yếu máy đo chiều dày lớp phủ huỳnh quang tia X bao gồm nguồn tia X sơ cấp, ống chuẩn trực, giá đỡ dùng cho mẫu thử, detector hệ thống đánh giá Thông thường, nguồn tia, ống chuẩn trực detector liên kết hình học cố định với Nếu số nguyên tử vật liệu phủ vật liệu sát nhau, cần thiết phải đưa vật hấp thụ để hấp thụ lượng huỳnh quang đặc trưng vật liệu này, chẳng hạn vật liệu nền, Các nhân tố ảnh hưởng đến kết đo 5.1 Số liệu thống kê trình đếm 5.1.1 Sự tạo thành lượng tử tia X ngẫu nhiên thời gian Điều có nghĩa khoảng thời gian cố định, số lượng tử phát không Điều làm tăng sai số thống kê mà điều cố hữu tất phép đo xạ Do ước tính tốc độ đếm dựa khoảng thời gian đếm ngắn (ví dụ 1s s) khác biệt đáng kể so với đánh giá dựa khoảng thời gian đếm dài hơn, đặc biệt tốc độ đếm thấp Sai số độc lập với nguồn sai số khác, chẳng hạn sai số phát sinh lỗi từ phía người thao tác, từ việc sử dụng mẫu chuẩn không Để làm giảm sai số thống kê đến mức chấp nhận được, khoảng thời gian đếm cần đủ dài để thu thập số đếm đủ lớn Khi sử dụng hệ thống phân tán theo lượng, cần thừa nhận phần đáng kể khoảng thời gian đếm dự định tiêu tốn thời gian chết, phần thời gian mà khả đếm hệ thống không đáp ứng Có thể hiệu chỉnh số đếm thời gian chết dẫn nhà sản xuất thiết bị đo riêng biệt 5.1.2 Độ lệch chuẩn, s, sai số ngẫu nhiên này, gần với bậc hai tỷ số tốc độ đếm thời gian tích luỹ, tức là: S= X t meas Trong đó: X tốc độ đếm tmeas thời gian tích luỹ (thời gian đo) tính giây 95% tất phép đo nằm khoảng X - 2s ≤ X ≤ X + 2s 5.1.3 Độ lệch chuẩn phép đo chiều dày không giống độ lệch chuẩn tốc độ đếm có liên quan đến hàm số phụ thuộc vào độ dốc đường cong hiệu chỉnh điểm đo Hầu hết máy đo chiều dày huỳnh quang tia X bán thị trường hiển thị độ lệch chuẩn tính micromet tỷ lệ phần trăm chiều dày trung bình Với việc ứng dụng phương pháp giải chập (lọc số) độ lệch chuẩn bị đóng góp thêm phần sai số thuật tốn toán học gây 5.2 Mẫu hiệu chỉnh Các mẫu chuẩn chiều dày dùng cho phép đo hiệu chỉnh lưu hành Tuy nhiên đảm bảo độ xác mẫu chuẩn cao 5% (giá trị thấp trường hợp đặc biệt) Rất khó khăn để trì độ xác 5% cho lớp phủ tính gỉ sét, tính rỗ xốp khuyếch tán chúng Mẫu chuẩn hiệu chỉnh chiều dày sử dụng tạo tốc độ đếm chuẩn hoá nằm khoảng 0,05 đến 0,9 Cùng với độ mẫu chuẩn, độ lặp lại phép đo trình hiệu chỉnh ảnh hưởng đến độ tái lập kết đo chiều dày lớp phủ thiết bị khác từ phòng thí nghiệm khác Khối lượng đơn vị diện tích, chiều dày thành phần mẫu chuẩn phải chứng nhận Quan trọng phải rõ nguồn gốc mẫu chuẩn quốc gia, quốc tế loại mẫu khác chấp nhận 5.3 Chiều dày lớp phủ Độ không đảm bảo đo điều kiện lặp lại bị ảnh hưởng phạm vi đo Trong đường cong biểu diễn Hình 2, độ xác tương đối coi tốt nằm phần đường cong gần 30% 80% chiều dày bão hồ Độ xác thời gian đo cho trước giảm mạnh phạm vi Đối với đường cong hấp thụ, tình hình tương tự Đối với vật liệu phủ, chiều dày giới hạn nói chung khác 5.4 Độ lớn diện tích đo Để có thống kê đếm vừa ý (xem 5.1) thời gian đếm ngắn hợp lý, lựa chọn độ mở ống chuẩn trực để tạo diện tích đo rộng phù hợp với độ lớn hình dáng mẫu vật Trong hầu hết trường hợp, diện tích liên quan hay diện tích đại diện đo phải lớn diện tích chùm tia chuẩn trực (diện tích chùm tia chuẩn trực bề mặt đo không thiết phải y hệt kích thước độ mở ống chuẩn trực Tuy nhiên số trường hợp, diện tích cần đo nhỏ diện tích chùm tia (xem Hình 5.11) Trong trường hợp này, thay đổi diện tích đo phải hiệu chỉnh thích hợp Đồng thời cần phải ý diện tích đo phát sinh tốc độ đếm làm bão hoà hay vượt khả detector (một số thiết bị bán thị trường giới hạn phạm vi tốc độ đếm cách tự động, việc phải với nhà chế tạo liên quan kiểm tra) 5.5 Thành phần lớp phủ Phép đo khối lượng đơn vị diện tích bị ảnh hưởng có mặt vật liệu ngoại lai chất xâm nhập, vật liệu lắng đọng lớp hợp kim tạo thành khuyếch tán bề mặt phân giới lớp phủ/lớp Bởi vậy, có khả năng, chiều dày thành phần phải đo đồng thời (xem 3.7) Ngoài ra, lỗ hổng trạng thái rỗ xốp ảnh hưởng đến phép đo chiều dày Một số nguồn sai số loại trừ cách sử dụng mẫu chuẩn đại diện để hiệu chỉnh, nghĩa mẫu chuẩn chế tạo điều kiện có đặc trưng tia X Bởi phần tử lẫn vào, tình trạng rỗ xốp hay lỗ hổng làm tăng khác biệt tỷ khối, tốt đo lớp phủ theo đơn vị khối lượng đơn vị diện tích Nếu biết giá trị tỷ khối thực lớp phủ đưa vào thiết bị đo nhằm tạo khả thực việc chỉnh sửa 5.6 Tỷ khối lớp phủ Nếu tỷ khối lớp phủ khác với tỷ khối mẫu chuẩn dùng hiệu chỉnh có sai số tương ứng phép đo chiều dày Khi biết tỷ khối vật liệu phủ, tính chiều dày (xem 3.1) Nếu số đo thiết bị, m, tính đơn vị khối lượng đơn vị diện tích, chiều dày tuyến tính, d, tính cách chia số đo cho tỷ khối lớp phủ p d= Nếu số đo tính đơn vị tuyến tính, áp dụng việc chỉnh sửa tỷ khối theo phương trình sau: Trong đó: d chiều dày tuyến tính, tính micrơmét; dm số ghi chiều dày tuyến tính, tính micrơmét; tiêuchuẩn lớpphủ tỷ khối vật liệu phủ mẫu chuẩn, tính gam centimét khối; tỷ khối vật liệu phủ mẫu thử, tính gam centimét khối; m khối lượng đơn vị diện tích lớp phủ mẫu thử, tính miligam centimét vuông 5.7 Thành phần lớp Nếu sử dụng phương pháp phát xạ, ảnh hưởng khác thành phần lớp không đáng kể với điều kiện là: a) Tia X huỳnh quang từ lớp không lấn sang vùng lượng chọn lọc lượng đặc trưng lớp phủ (nếu xảy xâm lấn, cần thiết phải có giải pháp đặc biệt để loại trừ tác dụng nó); b) Tia X huỳnh quang từ vật liệu khơng có khả kích thích lên vật liệu phủ Nếu sử dụng phương pháp hấp thụ phương pháp tỷ số cường độ, quan trọng thành phần lớp mẫu hiệu chỉnh mẫu tham chiếu phải giống hệt thành phần lớp mẫu thử 5.8 Chiều dày lớp Đối phép đo phát xạ tia X, quan trọng lớp có vật liệu tiếp xúc hai mặt đủ dày để ngăn ngừa nhiễu loạn từ vật liệu nằm Đối với phương pháp hấp thụ tia X phương pháp tỷ số cường độ, điều lớp phải lớn chiều dày bão hồ Nếu tiêu chí không đáp ứng, thiết phải hiệu chỉnh thiết bị mẫu chuẩn tham chiếu có chiều dày lớp (xem 6.3) 5.9 Độ bề mặt Vật liệu lạ có bề mặt làm phép đo khơng xác Các lớp sơn phủ bảo vệ, trình xử lý bề mặt lớp sơn dầu dẫn đến điểm sai 5.10 Lớp phủ trung gian Không thể sử dụng phương pháp hấp thụ có lớp phủ trung gian, mà tính chất hấp thụ chưa rõ Trong trường hợp đó, phải sử dụng phương pháp phát xạ 5.11 Độ cong mẫu thử Nếu cần phải tiến hành phép đo bề mặt cong, phải lựa chọn độ mở ống chuẩn trực độ mở chùm tia hạn chế để giảm tới mức thấp ảnh hưởng độ cong bề mặt Bằng cách sử dụng độ mở có kích thước nhỏ so với bán kính cong bề mặt thử, ảnh hưởng độ cong bề mặt giảm tới mức tối thiểu CHÚ THÍCH: Sử dụng độ mở hình chữ nhật có lợi việc đo bề mặt hình trụ Nếu việc hiệu chỉnh thực mẫu chuẩn với kích thước hình dạng mẫu thử, ảnh hưởng độ cong bề mặt loại trừ, phép đo phải thực vị trí, mặt phẳng diện tích đo Trong trường hợp thế, đơi sử dụng độ mở ống chuẩn trực lớn so với mẫu thử 5.12 Năng lượng kích thích cường độ kích thích Bởi cường độ xạ huỳnh quang phụ thuộc vào lượng cường độ kích thích, điều quan trọng thiết bị sử dụng phải đủ ổn định để cung cấp đặc trưng kích thích hai q trình hiệu chỉnh đo Lấy ví dụ, thay đổi dòng điện ống tia X thay đổi cường độ xạ sơ cấp ống 5.13 Detector Có thể bổ sung sai số đo hoạt động thất thường khơng ổn định hệ thống detector Trước sử dụng, thiết bị phải kiểm tra độ ổn định Kiểm tra độ ổn định theo cách sau: a) Thực kiểm tra theo phương pháp tự động hoá số thiết bị; b) Thực kiểm tra phương pháp thủ công nhân viên vận hành Trong hai trường hợp, mẫu tham chiếu đơn mẫu thử phải đặt chùm tia X khơng di dời q trình kiểm tra Một loạt phép đo tốc độ đếm đơn lẻ phải thực khoảng thời gian ngắn độ lệch tiêu chuẩn loạt không lớn đáng kể so với bậc hai giá trị trung bình loạt Để xác định độ ổn định khoảng thời gian dài, kết phải so sánh với kết thu trước (hoặc lưu lại thiết bị trường hợp kiểm tra tự động) lần kiểm tra khác CHÚ THÍCH: Thời gian tiêu tốn cho loạt phép đo riêng lẻ thời gian đòi hỏi hai loạt tách biệt xác định độ ổn định cho khoảng thời gian 5.14 Đường xạ Đường xạ phải trì ngắn có thể, hao hụt xạ làm tăng độ không đảm bảo đo Nhà thiết kế thiết bị phải tối ưu hoá đường xạ phù hợp với phạm vi áp dụng Các nguyên tố có số ngun tử 20 khơng tạo xạ đủ mạnh loại thiết bị nêu Hình 3,4 Do vậy, vật liệu có số nguyên tử thấp, cần thiết phải sử dụng máy quang phổ chân không quang phổ hêli để đo 5.15 Sự chuyển đổi tốc độ đếm sang khối lượng đơn vị diện tích chiều dày Các thiết bị đại bán thị trường sử dụng vi xử lý để chuyển đổi tốc độ đếm sang khối lượng đơn vị diện tích chiều dày Các vi xử lý thường chứa chương trình tính tốn chính, biến đổi theo yêu cầu địa phương sử dụng mẫu chuẩn hiệu chỉnh mẫu chuẩn tham chiếu Độ tin cậy việc chuyển đổi tuỳ thuộc vào tính hiệu lực đường cong hiệu chỉnh, phương trình, thuật tốn vào chuyển đổi sử dụng Đồng thời phụ thuộc vào chất lượng mẫu chuẩn hiệu chỉnh số lượng giá trị chiều dày điểm chuẩn so với chiều dày cần đo Khi lớp phủ gây huỳnh quang phụ từ lớp khác Điều quan trọng phương pháp chuyển đổi phải tính đến điều Phép ngoại suy bên dải chiều dày xác định mẫu chuẩn hiệu chỉnh đưa đến sai số nghiêm trọng 5.16 Độ nghiêng bề mặt mẫu thử Nếu độ nghiêng bề mặt thử so với chùm tia X khác với độ nghiêng sử dụng q trình hiệu chỉnh, xảy thay đổi lớn tốc độ đếm, đặc biệt phần đường cong hiệu chỉnh phía tốc độ đếm chuẩn hóa 0,9, xảy thay đổi lớn chiều dày, ví dụ khác 5° độ nghiêng gây thay đổi % tốc độ đếm từ dẫn tới thay đổi 12 % chiều dày Sự hiệu chỉnh thiết bị 6.1 Giới thiệu 6.1.1 Quy định chung Phải hiệu chỉnh thiết bị theo hướng dẫn nhà sản xuất thiết bị Phải thật ý đến nhân tố ảnh hưởng nêu Điều yêu cầu Điều Phải hiệu chỉnh thiết bị với mẫu chuẩn có thành phần (các) lớp phủ lớp vật liệu đo Các trường hợp ngoại lệ phép tình trạng thay đổi khơng ảnh hưởng đến tính chất xạ dùng để tính tốn số ghi chiều dày (và thành phần) Phải hiệu chỉnh thiết bị mẫu chuẩn có điều kiện Trong tình trạng mà mẫu chuẩn khó đạt ý muốn, ví dụ, lớp phủ lớp khơng bình thường, sử dụng phương pháp hiệu chỉnh không dùng chuẩn, với mơ máy tính dựa vào phương pháp tham số Dù vậy, mẫu chuẩn sử dụng để hiệu chỉnh phải có thành phần lớp phủ lớp giống vật liệu đo, có ngoại lệ điều kiện thay đổi khơng ảnh hưởng đến tính chất xạ dùng để tính tốn chiều dày (và thành phần) VÍ DỤ: - Để đo được: vàng thép không gỉ - Để hiệu chỉnh sử dụng: vàng niken - Cường độ xạ Au-L không bị ảnh hưởng xạ đặc trưng niken thép không gỉ Sử dụng phương pháp phát xạ (xem 3.5.1) cường độ Au-L chỉnh sửa pic chồng lấn lên hiệu chỉnh mẫu chuẩn vàng niken Thời gian đo chọn trình hiệu chỉnh đóng góp vào độ khơng đảm bảo đo đường cong hiệu chỉnh Do phải chọn thời gian đo đủ dài để cho độ không đảm bảo đo phép đo tốc độ đếm mẫu chuẩn đủ nhỏ 6.1.2 Hiệu chỉnh dải tuyến tính Đối với phép đo lớp phủ mỏng, dải tuyến tính, nghĩa là, lớp phủ mà tạo tốc độ đếm chuẩn hố 0,3 (30% tồn thang đo), phải tiến hành trình hiệu chỉnh sử dụng mẫu vật liệu không phủ mẫu chuẩn phủ đơn với chiều dày biết nằm dải tuyến tính Người sử dụng phải biết chiều dày đo chiều dày mẫu chuẩn hiệu chỉnh nằm dải tuyến tính 6.1.3 Hiệu chỉnh dải logarit Đối với phép đo dải logarit, hầu hết trường hợp cần thiết dùng với mẫu chuẩn: - Một mẫu có lớp khơng phủ; - Một mẫu vật liệu phủ có chiều dày bão hòa; - Một mẫu chuẩn phủ gần phía thấp dải chiều dày logarit; - Một mẫu chuẩn phủ có lớp phủ phía cao dải chiều dày logarit 6.1.4 Tồn dải đo Để đo từ zero đến dải hypebon, phải sử dụng bổ sung mẫu chuẩn phủ để xác định cẩn thận điểm tận dải chiều dày Một số thiết bị chuẩn với chuẩn bổ sung có khả nội suy cho chiều dày nằm giá trị zero giá trị chuẩn nhỏ Khơng nên ngoại suy ngồi mẫu chuẩn cao dễ cung cấp kết không đáng tin cậy (xem 5.2) 6.1.5 Kỹ thuật không sử dụng mẫu chuẩn mô máy tính theo phương pháp tham số Đối với kỹ thuật không sử dụng mẫu chuẩn, phần mềm mơ mơ hình hóa cách xác thuộc tính vật lý thực mẫu Kỹ thuật cho phép nhận số đo chiều dày thành phần mà phương pháp khác phải khó khăn khơng thể Tuy nhiên, có thể, độ xác phép đo cải thiện cách sử dụng mẫu chuẩn Các hiệu chỉnh cho phép đo trường hợp sử dụng bổ sung mẫu chuẩn tuân theo cách thực điều kiện giới hạn 6.1.1 Trong trường hợp mẫu thử mẫu chuẩn có sẵn khơng đáp ứng điều kiện 6.1.1, mơ máy vi tính dựa kỹ thuật thông số bao gồm tình trạng đáp ứng điều kiện sau đây: a) Thành phần lớp phủ mẫu chuẩn phần đo không khác đáng kể; b) Khi xạ đặc trưng hợp phần lớp ảnh hưởng đến cường độ xạ dùng để tính tốn chiều dày thành phần lớp phủ, thành phần lớp mẫu chuẩn mẫu thử không khác nhiều 6.2 Mẫu chuẩn 6.2.1 Quy định chung Sử dụng mẫu chuẩn phù hợp để hiệu chỉnh thiết bị Độ không đảm bảo đo cuối phép đo phụ thuộc trực tiếp vào độ không đảm bảo phép đo mẫu chuẩn hiệu chỉnh độ xác phép đo Mẫu chuẩn phải có lớp phủ đồng với khối lượng đơn vị diện tích chiều dày biết trước trường hợp hợp kim, có thành phần biết trước Lớp phủ, đâu, bề mặt sẵn có bề mặt xác định mẫu chuẩn không sai lệch ± 5% so với giá trị quy định Mẫu chuẩn quy định đơn vị chiều dày (ngược lại với khối lượng đơn vị diện tích) cho tin cậy với điều kiện chúng sử dụng cho lớp phủ có thành phần có tỷ khối biết trước Đối với phép đo thành phần hợp kim, thành phần mẫu chuẩn hiệu chỉnh không cần phải giống hệt nhau, phải biết trước 6.2.2 Lá mỏng Nếu mẫu chuẩn có hình dạng mỏng phủ lên bề mặt đặc biệt, cần thiết phải ý thao tác dùng để bề mặt tiếp xúc khơng có nếp gấp vết xoắn Bất kỳ chênh lệch tỷ khối phải bù trừ tính đến phép đo cuối 6.3 Lựa chọn mẫu chuẩn Hiệu chỉnh thiết bị theo khối lượng đơn vị diện tích theo đơn vị chiều dày, trường hợp sau, giá trị chiều dày phải kèm theo tỷ khối vật liệu phủ tỷ khối thừa nhận chiều dày mẫu chuẩn tính từ phép đo khối lượng đơn vị diện tích Mẫu chuẩn phải có vật liệu phủ vật liệu mẫu thử (xem 5.7 5.8), số kiểu thiết bị cho phép sai lệch so với mơ hình lý tưởng (xem 3.1) 6.4 Đặc trưng phát xạ tia X mẫu chuẩn Lớp phủ mẫu chuẩn hiệu chỉnh phải có tính chất phát xạ (hoặc hấp thụ) tia X lớp phủ đo (xem 5.6) 6.5 Đặc trưng phát xạ tia X lớp mẫu chuẩn theo chiều dày Nếu xác định chiều dày phương pháp hấp thụ tia X phương pháp tỷ số, lớp mẫu chuẩn theo chiều dày phải có tính chất phát xạ tia X lớp mẫu thử Điều phải xác nhận cách so sánh cường độ xạ đặc trưng chọn lọc hai lớp không phủ mẫu thử mẫu chuẩn tham chiếu hiệu chỉnh 6.6 Chiều dày lớp Trong phương pháp hấp thụ tia X phương pháp tỷ số, chiều dày lớp mẫu thử mẫu chuẩn hiệu chỉnh phải giống hệt trừ trường hợp chiều dày bão hoà (xem 2.3) bị vượt Nếu độ cong lớp phủ cần đo làm giảm hiệu lực trình chuẩn theo mặt phẳng, cần thiết phải: a) Tuân theo quy định phòng ngừa nêu 5.1.1; b) Hiệu chỉnh dùng mẫu chuẩn có độ cong mẫu thử Cách tiến hành 7.1 Quy định chung Vận hành thiết bị theo hướng dẫn nhà sản xuất đặc biệt ý tới nhân tố nêu Điều yêu cầu độ xác 6.2 Điều 7.2 Ống chuẩn trực độ mở Chọn độ mở ống chuẩn trực phù hợp với hình dáng kích thước diện tích thử có mẫu thử Cần đảm bảo khoảng cách lỗ hở độ mở ống chuẩn trực mẫu thử không thay đổi thời gian đo Kiểm tra vị trí diện tích chùm tia X tới bề mặt mẫu thử theo hướng dẫn nhà sản xuất thiết bị 7.3 Phép đo bề mặt cong Có thể tiến hành phép đo bề mặt cong, với điều kiện độ mở ống chuẩn trực chọn đủ nhỏ cho sử dụng đường chuẩn hiệu lực cho trường hợp mặt mẫu phẳng Nếu không, trường hợp cần phải tính đến nhận xét nêu 5.4 5.11 7.4 Kiểm tra việc hiệu chỉnh Việc hiệu chỉnh thiết bị phải kiểm tra định kỳ trước loạt thử cách đo lại mẫu chuẩn mẫu tham chiếu biết khối lượng đơn vị diện tích chiều dày Nếu kết đo có khác biệt lớn đến mức không thỏa mãn yêu cầu Điều 8, cần hiệu chỉnh lại thiết bị 7.5 Thời gian đo Vì độ không đảm bảo đo phép đo cuối phụ thuộc vào thời gian đo, chọn thời gian đo đủ để tạo độ không đảm bảo đo nhỏ (độ lặp lại) chấp nhận 7.6 Số phép đo Vì độ khơng đảm bảo đo phép đo xác định phần số phép đo thực hiện, việc tăng số phép đo làm giảm độ không đảm bảo đo Nếu số phép đo tăng lên n độ không đảm bảo đo phép đo giảm hệ số 1/ n Độ lệch chuẩn tính từ 10 phép đo thực cách đặt lại diện tích mẫu đo, chùm tia, sau phép đo 7.7 Sự phòng ngừa Xem cảnh báo Điều 7.8 Biểu thị kết Việc chuyển đổi giá trị cường độ (tốc độ đếm) sang đơn vị khối lượng đơn vị diện tích chiều dày thực thiết bị bán thị trường Đối với thiết bị khác, xây dựng đường cong tương tự đường cong Hình với mẫu chuẩn thích hợp Nếu khơng có thoả thuận khác, biểu thị kết phép đo khối lượng đơn vị diện tích miligam centimét vng kết chiều dày micromét Độ không đảm bảo đo Một thiết bị phải hiệu chỉnh vận hành cho độ không đảm bảo đo tốt so với 10 % Độ không đảm bảo đo đồng thời phụ thuộc vào độ xác mẫu chuẩn, độ xác đường cong hiệu chỉnh, độ lặp lại phép đo ảnh hưởng hệ thống chưa chỉnh sửa Điều Để giảm nhỏ độ không đảm bảo đo, tăng thời gian phép đo, số phép đo thực mẫu hiệu chỉnh mẫu thử Chọn kích thước ống chuẩn trực/độ mở lớn Báo cáo thử Báo cáo thử phải bao gồm thông tin sau: a) Viện dẫn tiêu chuẩn này, nghĩa TCVN 10310 (ISO 3497); b) Sự nhận biết rõ ràng mẫu thử; c) Ngày tháng phép đo; d) Vị trí phép đo mẫu thử; e) Số lần đo để tính trung bình cho phép đo ghi biên bản; f) Kích thước độ mở ống chuẩn trực kích thước diện tích đo, khác nhau; g) Các giá trị đo được; h) Tỷ khối sử dụng để tính chiều dày hợp lý cho giá trị sử dụng; i) Một độ lệch tiêu chuẩn mà đại diện cho phép đo ghi biên bản; j) Bất kỳ sai lệch so với phương pháp thử tiêu chuẩn này; h) Bất kỳ nhân tố ảnh hưởng đến việc giải thích kết ghi biên bản; I) Tên nhân viên vận hành tên phòng thí nghiệm thử nghiệm; m) Ngày chứng nhận gần mẫu hiệu chuẩn mẫu chuẩn tham chiếu khác sử dụng xuất xứ chúng PHỤ LỤC A (Tham khảo) CÁC PHẠM VI ĐO ĐIỂN HÌNH ĐỐI VỚI MỘT SỐ VẬT LIỆU PHỦ THÔNG THƯỜNG Bảng A1 - Các phạm vi đo điển hình số vật liệu phủ thông thường Lớp phủ Lớp Phạm vi chiều dày gần m inch Nhôm Đồng đến 100,0 đến 0,004 Cadmi Sắt đến 60.0 đến 0,0024 Đồng Nhôm đến 30,0 đến 0,0012 Đồng Sắt đến 30,0 đến 0,0012 Đồng Chất dẻo đến 30,0 đến 0,0012 Vàng Gốm đến 8,0 đến 0,00032 Vàng Đồng niken đến 8,0 đến 0,00032 Chì Đồng niken đến 15,0 đến 0,0006 Niken Nhôm đến 30,0 đến 0,0012 Niken Gốm đến 30,0 đến 0,0012 Niken Đồng đến 30,0 đến 0,0012 Niken Sắt đến 30,0 đến 0,0012 Paladi Ni ken đến 40,0 đến 0,0016 Paladi, niken Niken đến 20,0 đến 0,0008 Palatin Titan đến 7,0 đến 0,00028 Rhodi Đồng niken đến 50,0 đến 0,0020 Bạc Đồng niken đến 50,0 đến 0,0020 Thiếc Nhôm đến 60,0 đến 0,0024 Thiếc Đồng niken đến 60,0 đến 0,0024 Thiếc-Chì Đồng niken đến 40,0 đến 0,0016 Kẽm Sắt đến 40,0 đến 0,0016 CHÚ THÍCH 1: Độ khơng đảm bảo đo khơng thay đổi toàn phạm vi tăng lên phía tận phạm vi CHÚ THÍCH 2: Các phạm vi gần phụ thuộc nhiều vào độ không đảm bảo đo chấp nhận CHÚ THÍCH 3: Cả hai lớp lớp trung gian đo đồng thời, phạm vi chiều dày đo vật liệu lớp phủ riêng biệt (đã nêu trên) thay đổi tương tác khác chùm huỳnh quang tia X, nghĩa lớp phủ hấp phụ huỳnh quang từ lớp phủ trung gian: ví dụ, đo vàng niken đồng, lớp phủ vàng có chiều dày vượt q m huỳnh quang khơng đủ để đo niken với độ xác cao CHÚ THÍCH 4: Các mức đo độ không đảm bảo đo mức riêng thực phép đo chiều dày lớp phủ với lớp phủ dày m (ví dụ vàng đồng niken ± 0,005 m) Phạm vi thấp phạm vi đo phải hiểu theo nghĩa ... cần thiết dùng với mẫu chuẩn: - Một mẫu có lớp khơng phủ; - Một mẫu vật liệu phủ có chiều dày bão hòa; - Một mẫu chuẩn phủ gần phía thấp dải chiều dày logarit; - Một mẫu chuẩn phủ có lớp phủ phía... X tốc độ đếm tmeas thời gian tích luỹ (thời gian đo) tính giây 95% tất phép đo nằm khoảng X - 2s ≤ X ≤ X + 2s 5.1.3 Độ lệch chuẩn phép đo chiều dày không giống độ lệch chuẩn tốc độ đếm có liên... nghiệm khác Khối lượng đơn vị diện tích, chiều dày thành phần mẫu chuẩn phải chứng nhận Quan trọng phải rõ nguồn gốc mẫu chuẩn quốc gia, quốc tế loại mẫu khác chấp nhận 5.3 Chiều dày lớp phủ Độ không