一種提高xrd實驗精度的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種提高XRD實驗精度的方法，包括如下步驟：步驟1：將待測試樣進行處理至表面平整光潔；步驟2：選用步進掃描方式對待測鋼試樣進行XRD實驗，步進掃描方式的掃描速度范圍為：1(°)/min～2(°)/min，步進掃描方式的時間常數(shù)為：1s～1.5s，所述步進掃描方式的角度間隔為0.02°，利用XRD儀器獲得待測剛適應(yīng)的XRD實驗圖譜以及實驗數(shù)據(jù)；步驟3：對步驟2所得實驗數(shù)據(jù)進行精修，精修結(jié)束后，即得到實驗結(jié)果和誤差。本發(fā)明提供的一種提高XRD實驗精度的方法，可以減小誤差、排除實驗干擾并且提高實驗效率。
【專利說明】一種提高XRD實驗精度的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于X射線衍射【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種提高XRD實驗精度的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]X射線衍射技術(shù)作為一種重要的測試手段，近些年有了較大的發(fā)展，儀器測量精度及功能均得到一定的完善。XRD圖譜的物相分析包括定性分析與定量分析兩大部分，而其中定量分析部分較為復(fù)雜。它是在定性分析確定了物相類別的基礎(chǔ)上，通過測量這些物相的積分衍射強度來測算它們的各自含量。
[0003]在利用衍射儀進行X射線分析時，首先需要有一張高分辨率、高準確性的衍射數(shù)據(jù)收集譜圖，而實驗譜圖是在一定的實驗條件下獲得的，所得數(shù)據(jù)必然受到實驗條件及其他一些偶然因素的影響。其中與測角儀和計數(shù)器有關(guān)的實驗參數(shù)，如掃描方式、掃描速度及時間常數(shù)等，都是影響XRD檢測鋼樣本的測量結(jié)果的重要因素。
[0004]掃描方式可分為連續(xù)掃描和步進掃描。連續(xù)掃描方式，是計數(shù)管在均勻轉(zhuǎn)動的過程同時進行計數(shù)測量，一定角度間隔內(nèi)積累的計數(shù)即為間隔的強度值，即此強度是計數(shù)管在角度間隔內(nèi)連續(xù)運動期間測得的。步進掃描方式，就是讓計數(shù)管依次轉(zhuǎn)到各角度間隔的位置停留并采集數(shù)據(jù)，其積累計數(shù)即為該角度的強度值，此強度是計數(shù)管在角度間隔停留期間測得的，計數(shù)管轉(zhuǎn)動期間并不采集衍射數(shù)據(jù)。
[0005]掃描速度就是計數(shù)管在測角儀圓上均勻轉(zhuǎn)動的角速度，以(° )/min表示。如果掃描速度太慢，雖然可使衍射峰形光滑，但需要漫長的測試時間，從而浪費儀器資源。如果掃描速度太快，則會使實驗所得衍射峰粗糙，這樣的結(jié)果缺乏準確和可靠性。
[0006]時間常數(shù)，是步進掃描方式中的一個重要參數(shù)，直接影響衍射譜線質(zhì)量。時間常數(shù)過小則掃描速度太快，雖然可節(jié)約測試時間，但由于每個角度的積累計數(shù)強度不足，導(dǎo)致衍射譜線的質(zhì)量較差。時間常數(shù)過大則掃描速度太慢，雖然可以提高積累計數(shù)強度，使衍射譜線光滑，但需要過長的測試時間。
[0007]為了充分顯示出XRD物相分析的優(yōu)點，必須盡可能降低各種誤差的影響，排除各種非樣品結(jié)構(gòu)因素對實驗衍射數(shù)據(jù)的干擾，以獲得最大衍射強度、最佳分辨率和正確角度讀數(shù)等重要信息，而與之密切相關(guān)的掃描方式、掃描速度及時間常數(shù)等實驗參數(shù)的設(shè)定就顯得十分重要，然而有關(guān)該方面的分析討論以及研究成果，截至目前卻是非常有限而且缺乏統(tǒng)一結(jié)論。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種可以減小誤差、排除實驗干擾并且提聞實驗效率的提聞XRD實驗精度的方法。
[0009]為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種提高XRD實驗精度的方法，包括如下步驟:
步驟1:將待測鋼試樣進行處理至表面平整光潔； 步驟2:利用XRD儀器對待測鋼試樣進行XRD實驗，獲得待測鋼試樣的XRD實驗圖譜以及實驗數(shù)據(jù)，XRD實驗選用步進掃描方式，步進掃描方式的掃描速度范圍為:1(° )/min?2(° )/min，步進掃描方式的時間常數(shù)為:1s?1.5s，步進掃描方式的角度間隔為0.02° ;
利用XRD儀器的實驗方法為利用X射線衍射法對待測鋼試樣進行非破壞分析，改變X射線對待測鋼試樣的入射角度和衍射角度，同時XRD儀器自動檢測并記錄衍射X射線的強度，通過XRD儀器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和分析系統(tǒng)得到待測鋼試樣的X射線衍射圖譜，對X射線衍射圖譜中的數(shù)據(jù)進行XRD儀器的分析系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理后得到所述實驗數(shù)據(jù)；
步驟3:對步驟2所得實驗數(shù)據(jù)進行精修，精修結(jié)束后，即得到實驗結(jié)果和誤差。
[0010]本發(fā)明進一步限定的技術(shù)方案是:
前述步驟2中，步進掃描方式的掃描速度為1(° )/min。
[0011]前述步驟2中，步進掃描方式的時間常數(shù)為Is。
[0012]前述步驟2中，數(shù)據(jù)處理包括將X射線衍射圖譜中的數(shù)據(jù)平滑化、背景扣除、Ka 1-Ka 2剝離、峰檢索和校正系統(tǒng)誤差。
[0013]前述步驟2中，實驗數(shù)據(jù)包括衍射角2 Θ、衍射峰強度和衍射峰積分強度。
[0014]前述步驟3中，精修為利用MAUD軟件對實驗數(shù)據(jù)進行結(jié)構(gòu)精修，根據(jù)物相的晶體結(jié)構(gòu)得到計算圖譜，然后與X射線衍射圖譜比較，修正物相的晶體結(jié)構(gòu)，然后再與X射線衍射圖譜比較，逐步縮小計算圖譜與X射線衍射圖譜之間的差別，最終得到最終實驗結(jié)果和誤差。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:
本發(fā)明對實驗參數(shù)設(shè)定方法包含了如下幾個重要的參數(shù):掃描方式、掃描速度、時間常數(shù)等。
[0016]本發(fā)明采用步進掃描方式，圖1和圖2分別為9Ni鋼在連續(xù)掃描和本發(fā)明采用的步進掃描方式下實驗得到的衍射譜圖，通過對比可以觀察到，一方面圖2中每條譜線的平滑性都好于圖1，實驗得到的譜圖精度相對較高；另一方面，在9Ni鋼殘奧定量實驗中，由于選用試樣的殘奧含量偏低，從而導(dǎo)致Y相的三個晶面衍射峰強度偏弱。在這種情況之下，若采用連續(xù)掃描方式進行實驗，Y相衍射峰就會在偏離布拉格方向上也出現(xiàn)一定的衍射強度，即造成峰形出現(xiàn)明顯寬化，如圖1中9Ni(l)?9Ni(3)譜線所示；同時由于Y相某些晶面的衍射強度相對較弱，該晶面的衍射譜線在連續(xù)掃描方式下已經(jīng)被較高的背底淹沒，這時若改用步進掃描方式進行，就可以在每個衍射峰出峰處，即2 Θ角處，做較長時間的計數(shù)測量，就可以得到較大的每步總計數(shù)，從而可減少計數(shù)統(tǒng)計起伏的影響，如圖2中9Ni (6)?9Ni (10)譜線所示。
[0017]本發(fā)明選用的掃描速度范圍為1(° )/min?2(° )/min。如果掃描速度設(shè)定過快，遠大于2(° )/min，就會導(dǎo)致由于計數(shù)強度不足而使衍射線比較粗糙并出現(xiàn)鋸齒狀輪廓，如圖1中9Ni(l)?9Ni(3)譜線所示。這樣不但會造成掃描強度和分辨率下降，還會丟失某些重要的衍射峰，更會直接影響到實驗數(shù)據(jù)的準確性和可靠性，同時由于掃描速度過快，還會影響到衍射峰定位的準確性，如圖1中9Ni(l)、9Ni(2)譜線，衍射峰的出峰位置明顯向掃描方向發(fā)生了偏移。當(dāng)1(° )/min?2(° )/min的掃描速度時，得到的譜線，如圖1中的9Ni(5)譜線，已不再粗糙，而是逐漸趨向光滑并且對稱分布。
[0018]本發(fā)明選用的時間常數(shù)范圍為Is?1.5s，時間常數(shù)是步進掃描方式中直接影響衍射譜線質(zhì)量的一個重要參數(shù)，當(dāng)時間常數(shù)大于1.5S時，如采用2.00s，所得譜線雖然細致光滑，如圖2中9Ni(6)譜線)但是耗費了大量的實驗時間；當(dāng)時間常數(shù)小于Is時，如采用0.2s，雖然掃描速度加快，節(jié)約了一定的測試時間，但由于每個角度的積累計數(shù)強度不足，導(dǎo)致了衍射譜線的質(zhì)量變差，如圖2中9Ni(10)譜線，所得到的譜線不明銳。
[0019]本發(fā)明所選用的以上實驗參數(shù)，可以理想的進行定量分析，圖3所示為9Ni鋼試樣分別在三種不同實驗條件下所得的譜線對比，從分辨率和衍射強度幾方面綜合考慮，選擇9Ν? (7)實驗譜線進行定量分析是比較理想的，而9Ni (7)的實驗參數(shù)即為本發(fā)明的參數(shù)設(shè)定范圍。對此譜線采用本發(fā)明的精修方法得到的定量結(jié)果進行分析，從結(jié)果對應(yīng)的標準偏差情況來看，9Ν? (7)所對應(yīng)的標準偏差值最小，為0.34。[0020]綜上所述，本發(fā)明采用步進掃描方式，可以減少峰形重疊，使峰定位準確，從而提高分辨率，而且特別適用于衍射線強度較弱或背底較高時的情況；本發(fā)明中的掃描速度范圍為1(° )/min~2(° )/min，得到的譜線逐漸趨向光滑并且對稱分布；本發(fā)明采用的時間常數(shù)，可以使所得譜線較為細致光滑，又不耗費大量的實驗時間。且在對塊狀多晶試樣進行XRD實驗時，本發(fā)明所采用的參數(shù)設(shè)置，所得數(shù)據(jù)結(jié)果分散程度較小，準確性和可靠性較聞。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為9Ni鋼采用連續(xù)掃描方式衍射譜圖對比9Ni⑴~9Ni (5)。
[0022]圖2為9Ni鋼采用步進掃描方式衍射譜圖對比9Ni (6)~9Ni (10)。
[0023]圖3為9Ni鋼在不同實驗條件下衍射譜圖對比。
[0024]圖4為調(diào)質(zhì)態(tài)9N1-1鋼衍射譜圖。
[0025]圖5為9Ni_l鋼MAUD精修結(jié)果。
【具體實施方式】
[0026]實施例1
本實施例提供的一種提聞XRD實驗精度的方法，包括如下步驟:
步驟1:將待測鋼試樣進行處理至表面平整光潔；
步驟2:利用XRD儀器對待測鋼試樣進行XRD實驗，獲得待測鋼試樣的XRD實驗圖譜以及實驗數(shù)據(jù)，XRD實驗選用步進掃描方式，步進掃描方式的掃描速度范圍為:1(° )/min~2(° )/min，步進掃描方式的時間常數(shù)為:1s~1.5s，步進掃描方式的角度間隔為0.02° ;
利用XRD儀器的實驗方法為利用X射線衍射法對待測鋼試樣進行非破壞分析，改變X射線對待測鋼試樣的入射角度和衍射角度，同時XRD儀器自動檢測并記錄衍射X射線的強度，通過XRD儀器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和分析系統(tǒng)得到待測鋼試樣的X射線衍射圖譜，對X射線衍射圖譜中的數(shù)據(jù)進行XRD儀器的分析系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理后得到所述實驗數(shù)據(jù)；其中數(shù)據(jù)處理包括將X射線衍射圖譜中的數(shù)據(jù)平滑化、背景扣除、Ka 1-Ka 2剝離、峰檢索和校正系統(tǒng)誤差，實驗數(shù)據(jù)包括衍射角2 Θ、衍射峰強度和衍射峰積分強度。
[0027]步驟3:對步驟2所得實驗數(shù)據(jù)進行精修，精修結(jié)束后，即得到實驗結(jié)果和誤差，其中精修為利用MAUD軟件對實驗數(shù)據(jù)進行結(jié)構(gòu)精修，根據(jù)物相的晶體結(jié)構(gòu)得到計算圖譜，然后與X射線衍射圖譜比較，修正物相的晶體結(jié)構(gòu)，然后再與X射線衍射圖譜比較，逐步縮小計算圖譜與X射線衍射圖譜之間的差別，最終得到最終實驗結(jié)果和誤差。
[0028]實施例2
本實施例中采用日本島津公司生產(chǎn)的XRD-7000型衍射儀，利用XRD測定調(diào)質(zhì)態(tài)的9Ν?-1鋼中殘余奧氏體含量，本實施例的實驗方法和精修方法與實施例1大致相同，但將步驟2中步進掃描方式的掃描速度設(shè)置為I (° )/min、步進掃描方式的時間常數(shù)設(shè)置為Is。在步驟3中，精修為利用MAUD軟件對實驗數(shù)據(jù)進行結(jié)構(gòu)精修，根據(jù)物相的晶體結(jié)構(gòu)得到計算譜，然后與實測譜比較，修正物相的晶體結(jié)構(gòu)，然后再與實測譜比較，逐步縮小計算譜與實測譜之間的差別，最終得到最終實驗結(jié)果。
[0029]9Ni_l鋼試樣衍射譜圖如圖4所示。由圖4可以看出，XRD掃描后9Ni_l譜線平滑且對稱，衍射峰明銳，分辨率較高，譜線質(zhì)量較好。
[0030]利用本實施例中的參數(shù)設(shè)定，對9Ni_l鋼進行XRD掃描后，測量到衍射峰數(shù)據(jù)如下:
表1 9N1-l試樣衍射峰數(shù)據(jù)
【權(quán)利要求】
1.一種提高XRD實驗精度的方法，其特征在于:包括如下步驟: 步驟1:將待測鋼試樣進行處理至表面平整光潔； 步驟2:利用XRD儀器對所述待測鋼試樣進行XRD實驗，獲得所述待測鋼試樣的XRD實驗圖譜以及實驗數(shù)據(jù)，所述XRD實驗選用步進掃描方式，所述步進掃描方式的掃描速度范圍為:1(° )/min~2(° )/min,所述步進掃描方式的時間常數(shù)為:Is~1.5s,所述步進掃描方式的角度間隔為0.02° ; 利用所述XRD儀器的實驗方法為利用X射線衍射法對所述待測鋼試樣進行非破壞分析，改變X射線對待測鋼試樣的入射角度和衍射角度，同時所述XRD儀器自動檢測并記錄衍射X射線的強度，通過所述XRD儀器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和分析系統(tǒng)得到所述待測鋼試樣的X射線衍射圖譜，對所述X射線衍射圖譜中的數(shù)據(jù)進行所述XRD儀器的分析系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理后得到所述實驗數(shù)據(jù)； 步驟3:對步驟2所得實驗數(shù)據(jù)進行精修，精修結(jié)束后，即得到實驗結(jié)果和誤差。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高XRD實驗精度的方法，其特征在于:所述步驟2中，所述步進掃描方式的掃描速度為I (° )/min。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高XRD實驗精度的方法，其特征在于:所述步驟2中，所述步進掃描方式的時間常數(shù)為Is。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高XRD實驗精度的方法，其特征在于:所述步驟2中，所述數(shù)據(jù)處理包括將所述X射線衍射圖譜中的數(shù)據(jù)平滑化、背景扣除、Ka 1-Ka 2剝離、峰檢索和校正系統(tǒng)誤差。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高XRD實驗精度的方法，其特征在于:所述步驟2中，所述實驗數(shù)據(jù)包括衍射角2 Θ、衍射峰強度和衍射峰積分強度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高XRD實驗精度的方法，其特征在于:所述步驟3中，所述精修為利用MAUD軟件對實驗數(shù)據(jù)進行結(jié)構(gòu)精修，根據(jù)物相的晶體結(jié)構(gòu)得到計算圖譜，然后與X射線衍射圖譜比較，修正物相的晶體結(jié)構(gòu)，然后再與X射線衍射圖譜比較，逐步縮小計算圖譜與X射線衍射圖譜之間的差別，最終得到最終實驗結(jié)果和誤差。
【文檔編號】G01N23/20GK103604820SQ201310637407
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月27日
【發(fā)明者】卞欣, 范益, 楊英 申請人:南京鋼鐵股份有限公司