[发明专利]一种合金抗氧化性能的高通量测试方法

说明书

本发明公开了一种合金抗氧化性能的高通量测试方法，属于材料高通量表征技术领域。该方法为一种基于数字图像处理和数值计算的非干涉变形测量方法，可以获得试样表面的全场位移和应变，其测量过程是记录物体变形过程的散斑图，通过结合高速摄影系统来采集物体在变形过程中连续序列图像信息，即可对物体进行动态实时的测量。该方法具有测量环境要求低、测量光路相对简单、非接触测量、全场测量等优点，在材料性能测试研究中具有非常重要的意义；采用该方法可快速表征具有连续梯度成分的Sn‑Zn系焊料薄膜等合金的抗氧化性能，快速筛选出具有良好抗氧化性能的合金元素成分范围，进而达到改善Sn‑Zn系无铅焊料润湿性能的目的。

技术领域

本发明涉及一种合金抗氧化性能的高通量测试方法，属于高通量材料表征技术领域。

背景技术

Sn-Zn系无铅焊料因其熔点接近传统的Sn-Pb系焊料、可兼容现有工艺设备、Zn资源丰富、成本低廉等优点而备受关注，是一种目前比较合适的Sn-Pb焊料替代者，极有可能成为未来的主流无铅焊料。但Sn-Zn系无铅焊料中存在的Zn的活性较大，在空气中极易被氧化而形成ZnO，使焊料的抗氧化性能变差，且ZnO的表面张力较大，导致焊料与基底间的润湿性变差，不利于焊件与被焊件间实现良好结合。良好的润湿性是保证一种新型无铅焊料得以成功应用的关键，而提高Sn-Zn系焊料的抗氧化性亦是提高焊料润湿性的一种行之有效的方法。

大量研究表明，合金化方法来提高Sn-Zn系无铅焊料的抗氧化性能的主要途径之一。基于多靶磁控共溅射的高通量材料制备技术，采用高纯合金元素靶材与Sn-9Zn合金靶材进行双靶磁控共溅射可制备出成分呈连续梯度分布的Sn-Zn系焊料合金化薄膜，将该制备技术应用于Sn-Zn系无铅焊料开发领域可以加快无铅焊料的研发进程，转变新型无铅焊料的研发模式，节省人力、物力、财力，加速对Sn-Zn系无铅焊料成分的优化筛选。

数字图像相关方法是一种新型的非接触式光学测量方法，该测试系统结合了图像采集系统和数字图象相关分析系统，对试验中图像进行采集，并对采集的试件表面随机分布的散斑原图进行分析、计算的处理，自动快速的得到全场的位移、应变信息，实现了数字图像相关方法的自动化。主要功能包括：a)图像采集功能；b)通用图像处理；c)位移分布分析计算；d)应变分布分析计算；e)数字图像相关后处理。数字散斑相关法具有测量环境要求低、测量光路相对简单、非接触测量、全场测量等优点，在材料的性能测量研究中具有非常重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种合金抗氧化性能的高通量测试方法，该方法能够获取样品表面在整个恒温加热过程中的全场变形数据，从而获得成分呈梯度分布的焊料薄膜等合金样品准确的弹性应变场分布及变形规律，当样品被氧化时，其产生的氧化产物会改变样品的应力状态，氧化越严重的区域，其应力变化越大，从而导致样品出现不同程度的微量形变。因此，采用数字散斑相关法来测试薄膜样品的弹性应变场分布，进而获取其抗氧化性能变化情况，快速筛选出具有良好抗氧化性能的合金元素成分；具体包括以下步骤：

(1)制备待测样品：

在基片表面沉积梯度薄膜，沉积完成后在真空室内进行原位退火处理，待退火处理完毕后，取出得到待测样品。

(2)散斑场制作：

首先在待测样品表面喷涂白漆，然后在样品表面喷涂黑漆，接着在样品表面反复喷涂黑色和白色的哑光漆，以形成黑白斑点均相间分布的散斑场，待样品干燥后使用。

(3)数字散斑图像获取：

将制作好散斑的试样放在自制的样品模具上，将其加热至150℃保温一定时间，通过使用CCD摄像机、图像采集卡和计算机相互协调工作，原位实时加热与记录，即可获得焊料薄膜样品加热前后的数字散斑图像。

(4)薄膜弹性应变场分布获取：