Исследование, разработка и внедрение методик определения поверхностной плотности и массовой доли элементов для многослойных и многокомпонентных покрытий рентгенофлуоресцентным методом

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.

1. Lelevic 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.2019.07.027

2. Whiteside 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/coatings6030035

3. Handbook of practical X-Ray fluorescence analysis / B. Beckhoff [et al.]. Berlin: Springer-Verlag, 2006. 863 p.

4. 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.2022.110157

5. Biligiri S. Coating Thickness measurement challenges using XRF Technology // Metal Finishing. 2007. № 10. P. 33–36.

6. Ильин Н. П. Альтернативный вариант рентгенофлуоресцентного анализа // Журнал аналитической химии. 2011. Т. 66, № 10. С. 1012–1035.

7. Определение рентгенофлуоресцентным методом поверхностной плотности нанослоев хрома / Н. И. Машин [и др.] // Журнал прикладной спектроскопии. 2013. Т. 80, № 6. С. 941–945.

8. 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/S0002337X15010121

9. Учет 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/S0044450219120089

10. Reference-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/d3ja00109a

11. Казанцев 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-2018-9-17-19

12. Государственный 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.

13. 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.1012

14. van Grieken R., Markowicz A. Handbook of X-Ray spectrometry. New York : CRC Press, 2001. 1016 p.