一种面向构筑成形的基材表面清洁度评价方法

技术领域

本发明属于表面工程领域，具体为一种面向金属基材构筑成形的基材表面清洁度评价方法。

背景技术

大锻件是重大装备的核心部件，当前大锻件主要应用于核电站支撑环、核电压力容器筒体、大口径压力管等。金属基材构筑成形技术是中国科学院金属研究所提出的一项变革性技术，避免了以往由大铸锭制备大锻件中因铸锭尺寸效应造成的冶金缺陷问题。金属基材构筑成形技术以小型均质化铸坯为单元，经过表面加工、清洁组坯、真空封装、高温形变等过程，获得超厚尺度均质化大锻坯，经过后续锻造及热处理后制造成均质化、高质量的大锻件。在金属基材构筑成形过程中，基材表面清洗是基材构筑的基础，它影响着构筑成形中基材间的愈合效果，良好的清洗效果能进一步提升基材的愈合性能，保证愈合效果，因此对基材表面清洗效果的评价即表面清洁度的评价变得尤为重要。

在基材加工后，残留在基材表面的污染物主要包括油污、颗粒、切屑，这些污染物给基材界面愈合带来极大的阻碍，因此需要清洗掉上述污染物，而清洗过后需要去评价基材的表面清洁度。在金属基材构筑成形中基材表面清洁度评价方面，当前还没有形成一种科学的、适用于金属基材构筑成形的基材表面清洁度评价体系。在实际工程应用中，一般用表面清洁度仪检测基材的表面清洁度，该方法用相对荧光单位(RFU)值来评价表面清洁度，具体为表面清洁度仪通过UV光源发射出最佳波长的光探测金属表面的污染物，通过感应荧光强度来反映被测区域的清洁度。该评价方法比较简单，但是这种检测和评价方法只对油污污染敏感，因此难以检测颗粒、切屑污染，导致对基材表面的清洁度评价不够全面。

在其他领域，也存在一些表面清洁度检测及评价体系。中国专利CN201020622794.2公布了一种晶圆片表面清洁的检测装置，用对射传感器检测晶圆片表面的污染颗粒，以此评价晶圆片表面的清洁度。该污染物检测及评价方法重点关注表面颗粒污染，且该方法检测不到粒径过小的颗粒污染，对于表面的油污污染更是难以识别。中国专利CN201220686444.1公开了一种洁净度检测装置，利用粒子计数器，根据吸入的粒子的多少来评价被测物体表面的洁净度。该评价体系同样也只关注了颗粒污染物。中国专利CN201510730678.X提供了一种机械表面洁净度的检测方法，该方法利用AK225溶液对有机物的良好溶解特性，对表面污染物进行取样，经真空烘干后分离出污染物，用称重法得出单位面积的污染物含量，最后参照标准确定表面的洁净度。该方法适用于有机物污染的检测，难以胜任对在表面吸附紧实且不溶于溶液的固体颗粒污染的检测任务。此外，还有利用颗粒污染使激光光路变化的原理来评价表面清洁度的方法。上述方法在各自的适用领域都发挥着良好的作用，但是对于多种污染物并存的构筑成形用基材表面，上述评价体系都不适用。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种适用于金属基材构筑成形的高准确性的面向金属基材构筑成形的基材表面清洁度评价方法。

为了实现上述目的，本发明的基本思路是：在表面清洁度评价中，首先明确基材表面的污染物类型，根据污染物类型对构筑成形界面愈合性能的影响程度确定其对应的权重系数；然后用水滴接触角法检测油污污染，用光学测量法测量颗粒污染物和切屑污染物，并根据颗粒污染物和切屑污染物特征差异加以区分，测量完成之后，根据污染程度给出污染分值；计算各种污染物的权重系数与污染分值的乘积和，由乘积和对应得出表面清洁度等级。

为实现面向金属基材构筑成形的基材表面清洁度评价，本发明采用的技术方案如下：

一种面向金属基材构筑成形的基材表面清洁度评价方法，包括以下步骤：

第一步，确定表面污染物类型

构筑成形用的基材经铣削加工后在基材表面残留多种污染物，用相同的铣削参数加工小样件，用X射线能谱分析仪以面扫描的方式检测小样件部分表面，并选取不同区域进行多次测量，结合超景深显微镜的观察，根据成分和外观特征确定表面污染物的类型。

经上述检测后确定用于构筑成形的基材经铣削加工后其表面污染物包括油污、颗粒、切屑。

第二步，确定污染物权重系数

从金属基材构筑成形的基材界面愈合性能出发，评判油污、颗粒、切屑对基材界面愈合的阻碍程度，并根据对基材界面愈合的阻碍程度分别确定污染物对应的权重系数WC

上述权重系数是指不同污染物对界面愈合的影响程度，影响程度越大则对应的权重系数越大，反之权重系数越小；油污、颗粒、切屑三者的权重系数之和为1，即WC

第三步，判定污染物污染分值

在基材表面随机选取测定区域，分别检测污染物的分值g

所述的水滴接触角法测油污的污染分值g

所述的颗粒污染物的污染分值g

所述的切屑污染物污染分值的测定步骤与颗粒污染物污染分值的测定步骤相同。

第四步，确定清洁度等级

清洁度等级C由污染值L对应选取，污染值L由各污染物的权重系数与污染分值的乘积和确定，其计算方法如下：

清洁度等级C与污染值L的对照关系如下：

Ⅰ级为理想洁净状态，L＝0；

Ⅱ级为洁净状态，L＝0～0.25；

Ⅲ级为一般洁净状态，L＝0.25～0.50；

Ⅳ级为轻微污染状态，L＝0.50～0.75；

Ⅴ级为污染状态，L＝1.00；

Ⅵ级为理想洁净状态，L>1.00；

等级Ⅰ～Ⅴ级中，g

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、本发明根据试验结果设定了油污、颗粒、切屑所对应的权重系数，并分别用不同方法检测不同污染物的污染分值，通过计算所有污染权重系数与污染分值的乘积和，从而定量表征其表面洁净度。

2、本发明提出了面向金属基材构筑成形的一种精确的、成体系的表面清洁度评价方法。以不同污染物对基材界面愈合造成不利影响的程度为依据确定污染物权重系数；针对不同污染物采取不同的检测方法，并确定出不同污染物的污染分值；由各污染物的权重系数与污染分值的乘积和确定污染值，并制定对照关系，最终确定出清洁度等级，从而准确的、定量的评价了基材的表面洁净度。

附图说明

图1为表面清洁度评价方法流程图。

图2为油污污染点的水滴接触角检测示意图。

图3为无油污污染点的水滴接触角检测示意图。

具体实施方式

为了进一步理解面向金属基材构筑成形的基材表面清洁度评价过程，下面结合图1～3对本发明进行详细说明。

面向金属基材构筑成形的基材表面清洁度评价实施例1：

使用本发明评价铣削后用气枪简单吹洗后的小样件的表面清洁度的步骤如下：

1)选取不同区域，用X射线能谱分析仪以面扫描的方式检测小试样部分表面的成分，结合超景深显微镜的观察，根据成分和外观特征确定表面污染物的类型为油污、颗粒、切屑。

2)从金属基材构筑成形的基材界面愈合性能出发，评判油污、颗粒、切屑对基材界面愈合的阻碍程度，并根据对基材界面愈合的阻碍程度分别确定污染物对应的权重系数WC

3)在基材表面随机选取测定区域，用对应的检测办法分别检测污染物的分值g

4)计算污染值，确定清洁度等级，评价表面洁净度。由公式(1)计算得污染值L的值为0.58，对照清洁度等级C与污染值L的对照表得知清洁度等级C为Ⅳ级，为轻微污染状态。

面向金属基材构筑成形的基材表面清洁度评价实施例2：

使用本发明评价铣削后用气枪吹洗并超声清洗15min后的小样件的表面清洁度的步骤如下：

1)选取不同区域，用X射线能谱分析仪以面扫描的方式检测小试样部分表面的成分，结合超景深显微镜的观察，根据成分和外观特征确定表面污染物的类型只剩颗粒污染物。

2)从金属基材构筑成形的基材界面愈合性能出发，评判油污、颗粒、切屑对基材界面愈合的阻碍程度，并根据对基材界面愈合的阻碍程度分别确定污染物对应的权重系数WC

3)在基材表面随机选取测定区域，用对应的检测办法分别检测污染物的分值g

4)计算污染值，确定清洁度等级，评价表面洁净度。由公式(1)计算得污染值L的值为0.12，对照清洁度等级C与污染值L的对照表得知清洁度等级C为Ⅱ级，为洁净状态。

本发明不局限于本实施例，任何在本发明披露的技术范围内的等同构思或者改变，均列为本发明的保护范围。