Способ определения наличия имплантированного слоя

 

Изобретение относится к измерительной технике и используется в машиностроении в качестве экспресс-метода косвенного определения наличия ионной имплантации поверхностного слоя нержавеющих сталей с помощью анализа тока электролитно-плазменной обработки. Обработку сигналов датчика переменной составляющей тока при электролитно-плазменной обработке осуществляют путем разложения суммарного сигнала в амплитудный спектр. Амплитудный спектр представляет собой функцию распределения плотности вероятности нахождения локального максимума в определенном диапазоне значений. Определяют наличие имплантированного слоя по наличию в амплитудном спектре значений в отрицательной области с общей долей более 30%. Обеспечено повышение скорости и достоверности. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в машиностроении в качестве экспресс-метода косвенного определения наличия ионной имплантации поверхностного слоя нержавеющих сталей с помощью анализа тока электролитно-плазменной обработки.

Известен способ элементного анализа поверхностного монослоя материала, заключающийся в том, что образец облучают частицами с выбранным значением атомного номера, энергией соударения и регистрируют частицы, рассеянные под определенным углом, в том числе и многократно ионизированные частицы, имеющие внутренние вакансии, за счет чего реализуется селективная чувствительность метода к атомам определенного сорта [патент РФ N 2008655, кл. G 01 N 23/00, публ. 28.02.94].

Известен способ определения профиля концентрации легких ядер по глубине образца, заключающийся в том, что исследуемый образец облучают пучком направленных нейтронов, имеющих моноэнергетический спектр в эпитепловой области энергий, и рассеянные в пробе нейтроны регистрируют с помощью анализатора [авт.св. СССР N 1655200, кл. G 01 N 23/00, публ. 30.05.94].

Недостатками аналогов являются дороговизна и сложность оборудования при использовании их в технологических процессах для определения наличия имплантированного слоя.

Наиболее близким по технической сущности является способ обработки сигналов датчика ударных импульсов твердых частиц аэрозольного потока, заключающийся в том, что обработку сигнала осуществляют путем разложения суммарного сигнала в спектр Фурье. Концентрацию дисперсной фазы находят по первой основной и тембровым гармоникам, которые имеют гребенчатую структуру [патент РФ N 2097738, кл. G 01 N 15/02, публ. 18.04.96].

Недостатком прототипа является то, что используемые в нем спектры Фурье сигнала, снимаемого с датчика переменной составляющей тока, при электролитно-плазменной обработке имплантированных образцов и образцов без ионной имплантации не отличаются друг без друга, что делает невозможным применение указанного метода для определения наличия имплантированного слоя.

Задачей, решаемой заявленным изобретением, является повышение скорости и достоверности способа за счет экспрессного определения наличия имплантированного слоя.

Поставленная задача решается таким образом, что в способе определения наличия имплантированного слоя, заключающемся в том, что обработку сигнала датчика переменной составляющей тока при электролитно-плазменной обработке осуществляют путем разложения суммарного сигнала в спектр, в отличие от прототипа производят разложение суммарного сигнала в амплитудный спектр, представляющий собой функцию распределения плотности вероятности нахождения локального максимума в определенном диапазоне значений. Определение наличия имплантированного слоя производят по наличию в амплитудном спектре значений в отрицательной области с общей долей более 30%.

На фиг. 1 и 2 представлены амплитудные спектры переменной составляющей тока для неимплантированного и имплантированного образцов соответственно.

Пример конкретной реализации способа Образцы из стали ЭИ-961Ш с шероховатостью 1,8 мкм, имплантированные ионами азота по режиму: доза облучения 2·10¹⁷ ион/см², энергия пучка 30 кЭВ и неимплантированные, помещались в ванну для электролитно-плазменной обработки. Процесс проводился в 5%-ном растворе (NH₄)₂SO₄ при напряжении 270В и начальной температуре электролита 90^oC. Переменная составляющая тока снималась с измерительного резистора. Амплитудные спектры, полученные с неимплантированного и имплантированного образцов через 15 с после начала обработки, представлены на фиг. 1 и 2 соответственно.

Как видно из данных, приведенных на фиг. 1, доля отрицательных значений в амплитудном спектре тока электролитно-плазменной обработки неимплантированного образца составляет 2,4%, тогда как для образца, имплантированного ионами азота, в амплитудном спектре, представленном на фиг. 2 доля отрицательных значений составляет 49,1%, что свидетельствует о применимости метода.

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет определить наличие имплантированного слоя с помощью электролитно-плазменной обработки образцов. Предлагаемый способ имеет простое техническое исполнение, высокую скорость и достоверность.

Формула изобретения

Способ определения наличия имплантированного слоя, заключающийся в том, что обработку сигналов датчика переменной составляющей тока при электролитно-плазменной обработке осуществляют путем разложения суммарного сигнала в амплитудный спектр, представляющий собой функцию распределения плотности вероятности нахождения локального максимума в определенном диапазоне значений, и определяют наличие имплантированного слоя по наличию в амплитудном спектре значений в отрицательной области с общей долей более 30%.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2