专利名称：一种铜合金材料表层逐层分析方法
技术领域：
本发明涉及一种合金材料表层逐层分析方法，尤其涉及一种铜合金材料表层逐层分析方法。
背景技术：
辉光放电质谱(GDMQ分析技术是目前分析化学领域中的前沿分析技术，被业界公认为目前对固体导电材料进行痕量及超痕量元素分析的最有效的分析技术之一，在国民经济各部门、大专院校、科研单位得到了广泛的应用。辉光放电质谱仪由辉光放电离子源和质谱分析器两部分组成。辉光放电离子源与质谱分析器之间通过辉光放电离子源质谱接口连接，使得两个物理空间所需的工作条件得到匹配。ZL 200920246955. X公开了一种辉光放电离子源质谱接口装置，该装置由截取锥和离子出口锥组合构成，两者并置于辉光放电离子源与质谱仪离子光学系统之间，解决了低气压、辉光放电等离子体与高真空、常温质谱仪这样两个差异很大的环境中的离子传输问题。ZL200920246956. 4公开了一种辉光放电离子源装置，缩短了样品溅射表面至离子出口锥孔间的距离，即采样距离。辉光放电离子源利用惰性气体(一般为氩气)在上千伏特电压下电离产生的离子撞击样品表面使之发生溅射，溅射产生的样品原子扩散至等离子体中进一步离子化，进而被质谱分析器收集检测。辉光放电属于低气压气体放电，放电区处于非热平衡状态，靠高能电子碰撞、亚稳态Ar粒子的潘宁(Perming)碰撞电离，其激发能量高、电离度高，周期表上的绝大多数元素均能被电离。由于辉光放电离子源中试样被阴极溅射过程原子化进入放电区，可均勻地分层剥离取样。阴极溅射的高稳定性和作用于样品时的无选择性，使辉光放电质谱分析技术在材料的表层逐层分析中亦发挥着重要作用。与扫描电镜、离子探针、电子能谱等表层分析技术相比，辉光放电质谱(GDMQ分析技术的显着特点是既能提供样品较大面积表层上的综合情况，又具有可控制的适当的样品剥离速度。

发明内容
本发明的目的在于提供一种铜合金材料表层逐层分析方法，利用辉光放电离子源使铜合金材料样品在阴极溅射作用下均勻地逐层剥离，利用高灵敏度的质谱仪系统进行检测，完成铜合金材料样品的表层逐层定量分析。为实现上述目的，本发明将专利ZL200920246956. 4公开的辉光放电离子源装置， 通过专利ZL200920246955. X公开的辉光放电离子源质谱接口装置，与美国珀金埃尔默 (PerkinElmer)公司的Elan 5000型ICP-MS仪器组合形成辉光放电离子源质谱仪，对黄铜基材上的铝青铜表层进行表层逐层分析。具体采用以下技术方案一种铜合金材料表层逐层分析方法，该分析方法包括以下步骤(1)样品的准备
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①选择黄铜作为基材，先将黄铜基材用磨床磨至表面光洁度为▽ 9，进一步抛光至镜面，然后用射频溅射沉积法在基材表面生长上一薄层铝青铜膜，即为分析样品，采用扫描电镜分析技术对分析样品中铝青铜膜的厚度进行定标；②分别准备一套铝青铜光谱分析标准样品和一套黄铜标准样品；(2)选择仪器的分析条件辉光放电离子源条件采样距离为12mm，样品溅射圆斑直径为Φ 5mm Φ 8mm，离子源氩气压力为6001 1200Pa，放电电压DC700V 1000V ；辉光放电离子源质谱接口条件离子出口锥1的孔径为Φ4πιπι Φ6πιπι，截取锥2 的孔径为Φ 0.89mm，离子出口锥1的锥孔端面与截取锥2的锥孔端面间距离为2mm 4mm;Elan 5000型ICP-MS质谱条件真空仓动态压力为1 5X lO—^a ；离子透镜系统中靠近四极杆7的离子透镜6的电压调节电位器数值为42，离子透镜5的电压调节电位器数值为43，离子透镜4的电压调节电位器数值为12，靠近截取锥2的离子透镜3的电压调节电位器数值为3 ；离子检测器为打拿式离子信号倍增器(ETP)，其负高压电位为-3200V DC ；测量条件分辨率(10%峰高)为1. 0士0. lu，扫描方式为元素，测量方式为跳峰模式，采样时间为0. 1秒 1. 0秒，测量点/峰为1 3，重复次数为3 10 ；(3)样品的分析将分析样品装在辉光放电离子源上，对该样品中的相关元素Al27、&!64的离子信号强度与时间的关系作逐层定性分析，确定样品每一层的合适的测定时间，然后用该测定时间在相同的分析条件下分别对铝青铜光谱分析标准样品和黄铜光谱分析标准样品进行测定，获得标准曲线，接着对分析样品进行连续测定，一直由表层剥离到基材，然后用标准曲线法对各层中相关元素Al27、Zn64的含量进行定标。在样品的表层逐层分析过程中，辉光放电离子源中的样品被阴极溅射过程原子化进入放电区，阴极溅射作用能使样品表层均勻地一层一层由表及里地被剥离，通过连续记录样品质谱随时间的变化即反映了样品成份随深度的变化。因此，它不仅可以研究材料表层的化学组成，而且可以研究化学组成随深度的变化情况。本发明采用国家一级标准物质铝青铜光谱分析标准物质和90黄铜、80黄铜、68黄铜、62黄铜组成的黄铜标准物质作为标准样品。其中铝青铜光谱分析标准物质中各元素的质量分数(X 10_2)如表1所示，黄铜标准物质中各元素的质量分数(X 10_2)如表2所示。表1铝青铜光谱分析标准物质中各元素的质量分数(X 10_2)
标号Al Mn Fe Ni~~PbSiSn Zn Cu
GBW02121 Γ35 0. 182098 0980.058 0.064 0.289 Γ92 余量
GBW021228 87 0. 351 0 63 1752 0.03110.094 0. 161 ΙΓο 余量
GBW021238 29 0 99 3 92 021 0.01660.0505 0.091 0.227余量
GBW0212410. 51~~Γδ4 038 0 55 0. 0097 0. 176 0. 0520. 365余量
权利要求
1. 一种铜合金材料表层逐层分析方法，该方法包括以下步骤(1)样品的准备①选择黄铜作为基材，先将黄铜基材用磨床磨至表面光洁度为▽9，进一步抛光至镜面，然后用射频溅射沉积法在基材表面生长上一薄层铝青铜膜，即为分析样品，采用扫描电镜分析技术对分析样品中铝青铜膜的厚度进行定标；②分别准备一套铝青铜光谱分析标准样品和一套黄铜标准样品；(2)选择仪器的分析条件辉光放电离子源条件采样距离为12mm，样品溅射圆斑直径为Φ5πιπι Φ8πιπι，离子源氩气压力为600Pa 1200Pa，放电电压DC700V 1000V ；辉光放电离子源质谱接口条件离子出口锥⑴的孔径为Φ4πιπι Φ6πιπι，截取锥O) 的孔径为Φ0. 89mm，离子出口锥(1)的锥孔端面与截取锥O)的锥孔端面间距离为2mm 4mm ；Elan 5000型ICP-MS质谱条件真空仓动态压力为1 5X 10_3Pa ；离子透镜系统中靠近四极杆(7)的离子透镜(6)的电压调节电位器数值为42，离子透镜(5)的电压调节电位器数值为43，离子透镜(4)的电压调节电位器数值为12，靠近截取锥( 的离子透镜(3)的电压调节电位器数值为3 ；离子检测器为打拿式离子信号倍增器，其负高压电位为-3200V DC ；测量条件分辨率(10%峰高)为1. 04士0. lu，扫描方式为元素，测量方式为跳峰模式， 采样时间为0. 1秒 1. 0秒，测量点/峰为1 3，重复次数为3 10 ；(3)样品的分析将分析样品装在辉光放电离子源上，对该样品中的相关元素Al27、&!64的离子信号强度与时间的关系作逐层定性分析，确定样品每一层的合适的测定时间，然后用该测定时间在相同的分析条件下分别对铝青铜光谱分析标准样品和黄铜光谱分析标准样品进行测定，获得标准曲线，接着对分析样品进行连续测定，一直由表层剥离到基材，然后用标准曲线法对各层中相关元素Al27、Zn64的含量进行定标。
全文摘要
本发明提供一种铜合金材料表层逐层分析方法，其包括选定辉光放电离子源和质谱分析条件，样品处理和样品分析，利用辉光放电离子源使分析样品在阴极溅射作用下均匀地逐层剥离，在高灵敏度的质谱仪系统中，实时记录分析样品质谱峰强度随时间的连续变化信号，采用组成成份和深度双重定标的方法，将这种连续变化信号转化为样品的化学组成随深度的变化，完成黄铜基材上铝青铜膜样品的表层逐层定量分析。本发明选择合适的氩气压力、放电电压、样品溅射斑面直径、样品的测量时间等分析参数可将层间分辨率提高到几干纳米，实现了黄铜基材上铝青铜表层的超薄层逐层分析。
文档编号G01N27/68GK102539517SQ20101060563
公开日2012年7月4日 申请日期2010年12月24日 优先权日2010年12月24日
发明者刘湘生, 刘 英, 李继东, 潘元海, 王长华 申请人:北京有色金属研究总院