辉光放电光谱法定量分析金属材料表

建立GDOES定量深度逐层分析方法
光源参数的优化
影响辉光放电等离子体的光源参数有三个：放电电流、放电电压和气体压力。 这三个参数不是完全独立的，如果其中两个被确定，第三参数将随着样品成 分的变化而变化。当采用辉光放电光谱法进行样品分析时，光源的控制一般 采用恒定放电电压和放电电流方式，因此放电电压和放电电流是重要的光源 参数。
GDOES定量深度逐层分析方法
光源参数的优化——束斑轮廓实验
结论：通过束斑轮廓实验，选定放电电压700V～900V，放电电流20～40mA。束斑情况 如下图：
1 凸状
2 凹状
3 平直
GDOES定量深度逐层分析方法
光源参数的优化——速率实验
选择一块溅射率较大的标准样品，以一定的时间溅射样品表面，用表面轮 廓仪测得溅射深度。可知单位时间内样品的溅射深度 nm·s-1。以此为依据， 设定数据采集频率 次·s-1。
因为本方法主要应用于纳米级厚度膜层的测定，为了保证在定量逐层分析 时有足够的分辨率，因此设定的数据采集频率必须确保每次采集到小于 0.3nm深度的表面信息。
GDOES定量深度逐层分析方法
光源参数的优化——速率实验
绪论
各种深度逐层分析方法
俄歇电子能谱(AES) X射线光电子能谱（XPS） 二次离子质谱（SIMS） 辉光放电光谱(GD-OES)
GDOES定量深度逐层分析方法
方法建立的依据 分析方法的建立 光源参数的优化 定量逐层分析
GDOES定量深度逐层分析方法
方法建立的依据
考虑到所分析的样品主要为薄至纳米级厚度的氧化膜、钝化膜、镀镍层及镀 铬层等。因此建立分析方法时,必须考虑膜和镀层中所含的元素O、P、Ni、 Cr、Fe、Mn、Ti、Si、Al等以及易受污染的元素C，N等。建立的工作曲线 范围应该覆盖这些主要元素在膜中和镀层中的含量范围。
内容
绪论 GDOES定量深度逐层分析方法 精密度实验 准确度实验 应用 结论
绪论
金属材料具有较高的强度和优良的机械加工性能，但其最大缺点是 易腐蚀，往往造成巨大损失。许多金属材料防腐性能主要取决于表 面的特性和状态，通过表面处理技术可以实现以最低的经济成本来 生产优质产品。研究金属材料表面的自然氧化和腐蚀现象，以及各 种表面处理的新工艺，如闪镀、钝化等正成为一个重要的课题。金 属材料表面所形成的各种纳米级厚度的薄膜和镀层的化学成分和组 织结构对材料本身性能有很大的影响，因此需要建立与工艺研究相 适应的一种定量分析测试方法。
GDOES定量深度逐层分析方法
光源参数的优化——束斑轮廓实验
对于定量逐层分析而言，只有底部平直的束斑轮廓才能够真实地反映出钢 铁表面纳米级薄膜样品的表面信息。本课题选择不同的标准样品为考察对象。 在不同光源参数下，对样品进行溅射，溅射后的束斑用表面形貌仪进行测定 比较，选出具有理想束斑形状的溅射条件。
在建立标准工作曲线的过程中，预溅射时间的长短对于获得稳定的元素强度 信号有很大的影响。因此必须选择合适的预溅射时间。
GDOES定量深度逐层分析方法
光源参数的优化
本论文通过以下三个实验来确定最佳的放电电压、放电电流和预溅射时间， 以获得最优的光源参数条件。 1）正交试验 2）束斑轮廓实验 3）速率实验
建立GDOES定量深度逐层分析方法
分析方法的建立
标准样品的处理 标准样品的表面经320目SiC砂纸水磨抛光，抛光后，立即用无水酒精清洗表面，并 用热风吹干。
标准样品的溅射率计算 在经优化的仪器分析参数下，计算了各不同标准样品的溅射率。
标准工作曲线的制作 将所选用的标准样品处理后，在经优化的光源参数下激发各标准样品，经过溅射率 校正后，建立各分析元素分析强度和分析浓度的标准工作曲线。
所用波长，nm 371.994 165.701 288.15 403.449 177.497 425.433 341.477 396.152 337.279 130.217 174.272
GDOES定量深度逐层分析方法
分析方法的建立
仪器
GDS-750A辉光放电光谱仪（美国LECO公司） SS-1000试样磨抛机 （美国LECO公司） NT-200TP 直读天平(日本岛津公司) Dektak 6M表面轮廓仪（美国Veeco公司）
所选择的标准样品中元素的分析范围和以及各元素的特征谱线如下表所示。
GDOES定量深度逐层分析方法
镀层或膜层中主要元素的分析范围和所选用的特征谱线波长
元素 Fe C Si Mn P Cr Ni Al Ti O N
含量范围，％ 40.4～100 0.001～4.9 0.001～4.8 0.001～23.2 0.001～0.8 0.000～29.0 0.001～57.8 0.002～100 0.001～30.0 0.001～38.9 0.001～8.3
GDOES定量深度逐层分析方法
光源参数的优化——正交试验
试验设定为3因素5水平试验。即考察放电电压，放电电流，预溅射时间对10个主要分析元素发射 强度稳定性的影响。每种组合重复5次。以各元素强度值的相对标准偏差RSD值为考察对象。RSD 值越小，强度的稳定性越好，参数选择的越合适。 正交试验的因素水平表如下：
因素
水平
1ห้องสมุดไป่ตู้
电压 (A) 电流（B）
500V 10mA
预溅射时间（C）
20s
2
700V 20mA 30s
3
900V 30mA 40s
4
1100V 40mA 50s
5
1300V 50mA 60s
GDOES定量深度逐层分析方法
光源参数的优化——正交试验
结论
通过方差分析和因素重要程度的排序可知，电压和电流为显著影响因素，预溅射时间的影响不显 著。对大部分我们所关注的10个主要分析元素(Mn， Si，Cr，Ni，C，P，Al，O， N)而言，电 压和电流对元素强度的其强度的相对标准偏差（RSD值），即分析稳定性的影响最大。 根据最佳水平组合排列发现，电压的最佳值为1100V和1300V，电流为20mA～50mA，预溅射 时间应大于30S。 一般而言，电压和电流设定越高，单位时间内剥离的样品量越多（即溅射率越大），受标样表面 状况的影响越小，稳定性越好，相对标准偏差值越小。预溅射时间越长，分析的稳定性越好。