rmjournalЭталоны. Стандартные образцыMeasurement Standards. Reference Materials2687-0886D. I. Mendeleyev Institute for Metrology10.20915/2077-1177-2024-20-2-99-114rmjournal-491Research ArticleСовременные методы анализа веществ и материаловModern methods of analysis of substances and materialsИсследование, разработка и внедрение методик определения поверхностной плотности и массовой доли элементов для многослойных и многокомпонентных покрытий рентгенофлуоресцентным методомResearch, Development and Implementation of Methods for Determining Surface Density and Mass Fraction of Elements for Multilayer and Multicomponent Coatings by X-Ray Fluorescence Methodhttps://orcid.org/0000-0002-6853-205XВасильевА. С.VasilievA. S.

Васильев Александр Сергеевич – научный сотрудник лаборатории метрологии термометрии и поверхностной плотности

620075, г. Екатеринбург, ул. Красноармейская, 4

Researcher ID: AAP-9084–2021

Alexander S. Vasiliev – Researcher of the laboratory of metrology, thermometry and surface density

4 Krasnoarmeyskaya st., Yekaterinburg, 620075

vasilyevas@uniim.ruУральский научно-исследовательский институт метрологии – филиал ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д. И. Менделеева»РоссияUNIIM – Affiliated Branch of the D. I. Mendeleyev Institute for MetrologyRussian Federation20240107202420299114Copyright © Васильев А.С., 20242024Васильев А.С.Vasiliev A.S.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rmjournal.ru/jour/article/view/491

Металлические покрытия придают изделиям необходимые технические характеристики, в частности – повышают коррозионную стойкость, создают защиту от механического истирания. Применение металлических покрытий – перспективное направление, имеет широкое применение в машиностроении, металлургии других отраслях промышленности. Следовательно, изучение свойств и совершенствование технологии нанесения металлических покрытий – значимое и востребованное направление деятельности исследователей-метрологов. Потребности промышленности в области контроля параметров однослойных и однокомпонентных покрытий в Российской Федерации решены в полной мере. Так, на старте данного исследования в Федеральном информационном фонде по обеспечению единства измерений был представлен объемный перечень стандартных образцов поверхностной плотности и толщины однослойных однокомпонентных покрытий, прошедших испытания с применением Государственного первичного эталона единиц поверхностной плотности и массовой доли элементов в покрытиях ГЭТ 168-2015. Не обеспеченными в полном объеме оставались потребности в испытаниях, поверке и калибровке средств измерений поверхностной плотности, толщины и химического состава многослойных и многокомпонентных покрытий,– что и стало отправной точкой для настоящего исследования.

Представленное в статье исследование проведено в целях разработки методик определения поверхностной плотности и массовой доли элементов для многослойных и многокомпонентных покрытий на ГЭТ 168-2015. Попутно решена задача разработки комплекса стандартных образцов поверхностной плотности и массовой доли элементов в двухслойных и двухкомпонентных покрытиях для метрологического обеспечения соответствующих средств измерений.

Статья полностью раскрывает содержание работы по совершенствованию метрологического обеспечения измерений поверхностной плотности, толщины и массовой доли элементов в покрытиях с учетом потребностей промышленности в области контроля параметров покрытий, учитывая многообразие измерительных задач, которые постоянно расширяются.

Metal coatings provide products with the necessary technical characteristics; in particular, they increase corrosion resistance and protect against mechanical abrasion. The application of metal coatings is a promising direction and is widely used in mechanical engineering, metallurgy, and other industries. Therefore, studying the properties and improving the technology of applying metal coatings is a significant and sought-after line of activity for metrology researchers. The needs of industry in the field of monitoring the parameters of single-layer and single-component coatings in the Russian Federation are fully satisfied. At the beginning of this study, the Federal Information Fund for Ensuring the Uniformity of Measurements provided a comprehensive list of reference materials of surface density and thickness of single-layer onecomponent coatings that were tested using the State Primary Standard for units of surface density and mass fraction of elements in coatings GET 168-2015. The needs for testing, verification, and calibration of instruments for measuring surface density, thickness, and chemical composition of multilayer and multicomponent coatings remained not fully met, which became the starting point for this research.

The research presented in the article was carried out in order to develop methods for determining the surface density and mass fraction of elements for multilayer and multicomponent coatings on GET 168-2015. At the same time, the problem of developing a set of reference materials of surface density and mass fraction of elements in two-layer and two-component coatings for metrological support of the corresponding measuring instruments was solved.

The article fully reveals the content of the work to improve metrological support for measuring surface density, thickness, and mass fraction of elements in coatings, taking into account the needs of industry in the field of monitoring coating parameters and the variety of measurement tasks that are constantly expanding.

поверхностная плотность покрытиймногослойные покрытиямногокомпонентные покрытияГосударственный первичный эталонстандартные образцыхимический состав покрытийрентгенофлуоресцентный методsurface density of coatingsmultilayer coatingsmulticomponent coatingsState Primary Standardreference materialschemical composition of coatingsX-ray fluorescence methodReferencesLelevic A., Walsh F. C. Electrodeposition of Ni-P composite coatings: A review // Surface and Coatings Technology. 2019. Vol. 378. P. 198–220. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2019.07.027Lelevic A., Walsh F. C. Electrodeposition of Ni-P composite coatings: A review. Surface and Coatings Technology. 2019;378:198– 220. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2019.07.027Whiteside P. J. D., Chininis J. A., Hunt H. K. Techniques and challenges for characterizing metal thin films with applications in photonics // Coatings. 2016. № 6. P. 35–61. https://doi.org/10.3390/coatings6030035Whiteside P. J. D., Chininis J. A., Hunt H. K. Techniques and challenges for characterizing metal thin films with applications in photonics. Coatings. 2016;6:35–61. https://doi.org/10.3390/coatings6030035Handbook of practical X-Ray fluorescence analysis / B. Beckhoff [et al.]. Berlin: Springer-Verlag, 2006. 863 p.Beckhoff B., Kanngießer B., Langhoff N., Wedell R., Wolff H. Handbook of practical X-Ray fluorescence analysis. Berlin: SpringerVerlag; 2006. 863 p.Revenko A. G., Tsvetyansky A. L., Eritenko A. N. X-Ray fluorescence analysis of solid-state films, layers, and coatings // Radiation Physics and Chemistry. 2022. Vol. 197. 110157. https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2022.110157Revenko A. G., Tsvetyansky A. L., Eritenko A. N. X-Ray fluorescence analysis of solid-state films, layers, and coatings. Radiation Physics and Chemistry. 2022;197:110157. https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2022.110157Biligiri S. Coating Thickness measurement challenges using XRF Technology // Metal Finishing. 2007. № 10. P. 33–36.Biligiri S. Coating Thickness measurement challenges using XRF Technology. Metal Finishing. 2007;10:33–36.Ильин Н. П. Альтернативный вариант рентгенофлуоресцентного анализа // Журнал аналитической химии. 2011. Т. 66, № 10. С. 1012–1035.Il’in N. P. An alternative version of X-Ray fluorescence analysis. Journal of Analytical Chemistry. 2011;66(10):894–917. (In Russ.).Определение рентгенофлуоресцентным методом поверхностной плотности нанослоев хрома / Н. И. Машин [и др.] // Журнал прикладной спектроскопии. 2013. Т. 80, № 6. С. 941–945.Mashin N. I., Chernjaeva E. A., Tumanova A. N., Ershov A. A. X-Ray fluorescent determination of surface density of chromium nanolayers. Zhurnal prikladnoy spektroskopii. 2013;80(6):941–945. (In Russ.).Машин Н. И., Черняева Е. А., Туманова А. Н. Определение поверхностной плотности нанослоев ванадия, нанесенных на различные подложки, рентгенофлуоресцентным методом // Неорганические материалы. 2015. Т. 51, № 1. С. 44–48. https://doi.org/10.7868/S0002337X15010121Mashin N. I., Chernyaeva E. A., Tumanova A. N. X-Ray fluorescence evaluation of the surface density of vanadium nanolayers on various substrates. Inorganic Materials. 2015;51(1):38–42. (In Russ.). https://doi.org/10.7868/S0002337X15010121Учет взаимного влияния элементов при рентгенофлуоресцентном анализе тонких двухслойных систем V–Cr / Н. И. Машин [и др.] // Журнал аналитической химии. 2020. Т. 75, № 2. С. 123–131. https://doi.org/10.31857/S0044450219120089Mashin N. I., Razuvayev A. G., Chernyaeva E. A., Zimina E. O., Ershov A. V. Account of mutual element interference in the analysis of thin bilayer V–CR systems by X-Ray fluorescence. Journal of Analytical Chemistry. 2020;75(2):192–199. (In Russ.). https://doi.org/10.31857/S0044450219120089Reference-free X-Ray fluorescence analysis using well-known polychromatic synchrotron radiation / A. Wahlisch [et al.] // Journal of Analytical Atomic Spectrometry. 2023. № 38. P. 1865–1873. https://doi.org/10.1039/d3ja00109aW´ahlisch A., Wansleben M., Unterumsberger R., Kayser Y., Beckhof B. Reference-free X-ray fluorescence analysis using well-known polychromatic synchrotron radiation. Journal of Analytical Atomic Spectrometry. 2023;38:1865–1873. https://doi.org/10.1039/d3ja00109aКазанцев В. В., Медведевских С. В., Васильев А. С. Государственный первичный эталон единиц поверхностной плотности и массовой доли элементов в покрытиях ГЭТ 168-2015 // Измерительная техника. 2018. № 9. С. 17–19. https://doi.org/10.32446/0368–1025it-2018-9-17-19Kazantsev V. V., Medvedevskikh S. V., Vasil’ev A. S. State primary standard of the unit of surface density and unit of mass fraction of elements in coatings GET 168-2015. Measurement Techniques. 2018;61(9):859–862. (In Russ.). https://doi.org/10.32446/0368–1025it-2018-9-17-19Государственный вторичный эталон единиц массовой доли и массовой (молярной) концентрации металлов в жидких и твердых веществах и материалах / Е. М. Горбунова [и др.] // Измерительная техника. 2013. № 7. С. 11–13.Gorbunova E. M., Goryaeva L. I., Medvedevskikh S. V., Migal P. V., Paneva V. I., Sobina E. P. et al. National secondary standard for the units of mass fraction and mass (molar) concentration of metals in liquids and solid substances and materials. Measurement Techniques. 2013;56(7):743–746. (In Russ.).Sitko R. Determination of thickness and composition of thin films by X-Ray fluorescence spectrometry using theoretical influence coefficient algorithms // X-Ray Spectrometry. 2008. Vol. 37, № 3. P. 265–272. https://doi.org/10.1002/xrs.1012Sitko R. Determination of thickness and composition of thin films by X-Ray fluorescence spectrometry using theoretical influence coefficient algorithms. X-Ray Spectrometry. 2008;37(3):265–272. https://doi.org/10.1002/xrs.1012van Grieken R., Markowicz A. Handbook of X-Ray spectrometry. New York : CRC Press, 2001. 1016 p.van Grieken R., Markowicz A. Handbook of X-Ray spectrometry. New York: CRC Press; 2001. 1016 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.