激光熔覆二维梯度材料的LIBS表征方法

周 涛,孔令华,黄 旭,许明三,练国富,杨金伟

(1.福建工程学院机械与汽车工程学院,福建 福州 350118；2.数字福建工业制造物联网实验室,福建 福州 350118)

1 引 言

梯度功能材料该概念在1987年由日本科技厅在“关于缓和热应力的功能梯度材料开发基础技术的研究”计划中被正式提出[1]。梯度功能材料经过几十年的发展,如今已俨然成为激光熔覆领域的热点。梯度材料是指通过材料的化学组成、微观结构等要素的渐变,使得其物理、化学等性能按照设计要求呈连续的梯度变化,消除材料结合的性能突变和不匹配问题,减少塑性变形以及开裂倾向,以此来得到低内应力,结合强度高的新型复合材料[2-3]。

目前通常使用电子探针显微分析(Electron Prob Micro Anlysis,EPMA)、扫描电子显微镜(Scanning Electronic Microscopy,SEM)、能谱仪(Energy Dispersive Spectrometer,EDS)对激光熔覆样品进行点或微区的成分定量分析。传统分析手段需要进行线切割、抛光等复杂且耗时的样品制备,其中SEM/EDS技术测试过程中还需要处于真空状态,因此还需要较长的测量时间[4]。

激光诱导击穿光谱(Laser-induced Breakdown Spectroscopy,LIBS)拥有快速分析、在线实时监测、无需复杂样品预处理、微损等优点,可用于对各种状态物质的不同元素进行定性和定量分析。近年来,各个领域都已经初步得到应用,沙文等[5]利用LIBS并结合机器学习针对土壤中的Mn元素进行了定量分析。龚停停等[6]利用LIBS对不同颗粒度铁屑样品进行定量分析,以提高其对表面不均匀样品成分检测的准确度。杨春等[7]通过LIBS对块状钢铁样品表面进行扫描分析,实现了对钢中酸不溶铝含量的定量表征。……