本發(fā)明屬于金屬氧化物厚度測量，具體涉一種基于skpfm測量金屬氧化膜厚度的方法。

背景技術(shù)：

1、在金屬材料的制造和應(yīng)用過程中，特別是在航空航天、核能、石油化工等領(lǐng)域，金屬材料在高溫和復(fù)雜的服役環(huán)境下容易氧化生成氧化膜，這些氧化膜的厚度和結(jié)構(gòu)對材料性能和使用壽命有直接影響。精確測量和控制氧化膜的厚度對于優(yōu)化金屬材料的防護(hù)性能和延長其使用壽命至關(guān)重要，可以指導(dǎo)金屬材料的設(shè)計、生產(chǎn)工藝的優(yōu)化和使用過程中的維護(hù)。因此，氧化膜厚度的測量對于提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，減少生產(chǎn)成本和材料浪費(fèi)具有重大意義。

2、傳統(tǒng)的氧化膜厚度測量方法主要包括x射線光電子能譜(xps)和透射電子顯微鏡(tem)。這些方法在一定程度上能夠精確測量納米級別的氧化膜厚度，但它們也存在一些顯著的缺點(diǎn)。例如，xps需要對樣品進(jìn)行真空環(huán)境下的高能光子照射，可能會導(dǎo)致部分樣品的氧化膜損傷，影響測量結(jié)果；tem則需要對樣品進(jìn)行超薄切片制備，操作復(fù)雜且對樣品具有一定的破壞性；橢偏儀對樣品的表面狀態(tài)要求高，且只能測量透明或半透明膜層，對于不透明金屬氧化膜的測量精度有限。此外，這些方法通常需要昂貴的儀器設(shè)備和復(fù)雜的預(yù)處理，耗時且成本高，無法滿足實(shí)際生產(chǎn)過程中對氧化膜厚度快速、便捷測量的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種基于skpfm測量金屬氧化膜厚度的方法。通過skpfm對表面電動勢進(jìn)行測量，能夠快速、準(zhǔn)確地測量氧化膜的厚度，這種方法具有非破壞性、精度高、操作簡單和適應(yīng)性廣等優(yōu)點(diǎn)，為金屬材料的氧化膜厚度檢測提供了一種全新的手段，不僅可以用于實(shí)驗室研究，也可在實(shí)際生產(chǎn)過程中作為質(zhì)量控制工具，為材料選擇、工藝優(yōu)化和產(chǎn)品可靠性提供科學(xué)依據(jù)，有助于推動材料科學(xué)和表面分析技術(shù)的發(fā)展。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

3、本發(fā)明提供一種基于skpfm測量金屬氧化膜厚度的方法，包括：將待測樣品嵌入環(huán)氧樹脂中，確保所述待測樣品完全密封并固化；對固化后的待測樣品的待檢測金屬氧化膜的垂直方向進(jìn)行打磨和拋光處理；通過skpfm掃描樣品與環(huán)氧樹脂交界處的表面電勢；通過對表面電勢分布數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，計算出金屬氧化膜的厚度。

4、進(jìn)一步的，打磨和拋光處理包括：逐步增加目數(shù)的方式對待測樣品進(jìn)行打磨，終磨至少使用5000目的砂紙，采用同一目數(shù)砂紙進(jìn)行打磨時，打磨時間不超過5min、按壓力不超過3n且待表面無劃痕后用0.5-1.5um粒度的金剛石拋光噴霧將表面拋光至無劃痕的鏡面狀態(tài)，隨后使用粒度0.02-0.06um的二氧化硅懸濁液進(jìn)行懸浮拋光15min。

5、進(jìn)一步的，通過skpfm掃描樣品時，全程使用同一根探針，在相同的環(huán)境條件下反復(fù)掃描，表面電勢變化不超過3mv則視為表面穩(wěn)定可進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗。

6、進(jìn)一步的，所述表面電勢的測量區(qū)域距離邊界的距離大于5mm。

7、進(jìn)一步的，所述測量區(qū)域為以邊界為標(biāo)準(zhǔn)，分別向環(huán)氧樹脂側(cè)和金屬樣品側(cè)延伸至少5um。

8、進(jìn)一步的，所述電勢分布數(shù)據(jù)具有以下特征則認(rèn)為有效：具有m峰；m峰兩側(cè)具有最低電勢；靠近環(huán)氧樹脂側(cè)的最低電勢低于靠近金屬側(cè)的最低電勢。

9、進(jìn)一步的，所述金屬氧化膜的厚度的計算方式如下：所述m峰靠近金屬一側(cè)的頂點(diǎn)的最高電勢與靠近金屬側(cè)的最低電勢之間所對應(yīng)的距離減去m峰兩頂點(diǎn)電勢所對應(yīng)的距離，得到所述金屬氧化膜的厚度。

10、本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果包括：

11、1.相較于采用tem或xps，本發(fā)明通過skpfm對樣品和環(huán)氧樹脂交界處的表面電勢進(jìn)行掃描和分析，能夠快速、準(zhǔn)確地測量氧化膜的厚度的方法。

12、2.本發(fā)明提供的測量方法具有非破壞性、精度高、操作簡單和適應(yīng)性廣等優(yōu)點(diǎn)，為金屬材料的氧化膜厚度檢測提供了一種全新的手段。

13、3.本發(fā)明提供的方案不僅可以用于實(shí)驗室研究，也可在實(shí)際生產(chǎn)過程中作為質(zhì)量控制工具，為材料選擇、工藝優(yōu)化和產(chǎn)品可靠性提供科學(xué)依據(jù)，有助于推動材料科學(xué)和表面分析技術(shù)的發(fā)展。

技術(shù)特征：

1.一種基于skpfm測量金屬氧化膜厚度的方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種基于SKPFM測量金屬氧化膜厚度的方法。屬于金屬氧化物厚度測量技術(shù)領(lǐng)域，包括：將待測樣品嵌入環(huán)氧樹脂中，確保所述待測樣品完全密封并固化；對固化后的待測樣品的待檢測金屬氧化膜的垂直方向進(jìn)行打磨和拋光處理；通過SKPFM掃描樣品與環(huán)氧樹脂交界處的表面電勢；通過對表面電勢分布數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，計算出金屬氧化膜的厚度。通過SKPFM對表面電動勢進(jìn)行測量，能夠快速、準(zhǔn)確地測量氧化膜的厚度，這種方法具有非破壞性、精度高、操作簡單和適應(yīng)性廣等優(yōu)點(diǎn)，為金屬材料的氧化膜厚度檢測提供了一種全新的手段，不僅可以用于實(shí)驗室研究，也可在實(shí)際生產(chǎn)過程中作為質(zhì)量控制工具。

技術(shù)研發(fā)人員：熊希臨,楊靜靜,陳通前,宿彥京
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9