国家标准 GB/T31568一2015 热喷涂热障ZrO涂层晶粒尺寸的测定谢乐公式法 Standardtestmethodfordeterminationof crystallitesizeofZrOcoatingsbyScherrerequation 2015-05-15发布 2016-01-01实施国家质量监督检验检疫总局发布国家标准化管理委员会国家标准
GB/T31568一2015 前言本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草本标准由机械工业联合会提出本标准由全国金属与非金属覆盖层标准化技术委员会(SAC/TC57)归口本标准起草单位:科学院上海硅酸盐研究所本标雅主要起草人;程国峰,黄月鸿,阮音谴、曾毅,宋力听
GB/T31568一2015 热喷涂热障ZrO涂层晶粒尺寸的测定谢乐公式法范围本标准规定了应用X射线衍射谢乐公式法测定热喷涂热障ZrO)涂层试样中立方、四方,单斜三种相ZrO 晶粒尺寸的方法原理、测试条件及计算步骤等本标准适用于晶粒尺寸在2nm 100nm范围、内部无不均匀应变的试样术语和定义下列术语和定义适用于本文件 2.1 热障ZrO涂层thermalbarrier ZrO.coatings 采用热喷涂制备工艺制备的ZrO基的涂层材料 2.2 晶粒erystallite 内部分子、原子等有规律排列的微小单晶 2.3 晶粒尺寸erystalltesize LM 晶粒在hk!)晶面法线方向上的平均尺度半高宽flwidthathalfmaximumofpeakprofile;FwH 衍射峰峰高极大值一半处的峰宽方法原理对试样照射X射线,测量所得到的衍射线,假设试样中没有晶体结构的不完整,则衍射线的宽化仅由晶粒的细化引起,可利用式(1)(谢乐公式)计算晶粒尺寸 K入 LA kcos/ 式中: Lm -晶粒在hk!)晶面法线方向的平均尺度,单位为纳米(n nm; 常数,与8的定义有关当B定义为半高宽时，K=0.89 K 实验所用的X射线波长,0.154056nm Am1 -由晶粒细化引起的试样某hk!)晶面衍射峰的半高宽(需扣除背底,单位为弧度(rad). hk!)晶面衍射峰的布拉格角,单位为度(")
GB/I31568一2015 此外,本标准中,试样半高宽3从由式(2)获得 (2 B山=Auw十式中: Bm -实验所测得的试样某晶面衍射线的半高宽(需扣除背底),单位为弧度(rad); b -由仪器产生的附加半高宽简称仪器宽度,需要用标准物质校准),单位为弧度(rad) 仪器、测量条件和测量方法 4.1 衍射仪性能指标衍射仪2角度的单向重复精度不大于0,003",衍射强度综合稳定度优于0.,5% 4.2 辐射类型 CuKa辐射 4.3测量条件 4.3.1管压和管流管电压40kv,管电流不小于40mA 4.3.2狭缝系统发散狭缝1",防散射狭缝1",接受狭缝0.15mm 4.3.3扫描方式和速度步进扫描,步长0.02",每步停留时间为1s2s， 4.4衍射峰位20角度值和半高宽的测量方法采用pseudo-Voig峰形函数拟合测得的实验谱,使得实验谱与拟合谱线的最小剩余误差R小于 10%,从而测得各衍射峰的20角度值和半高宽值注:R按式(3)计算正x1m R= 3) I 式中 -对拟合区域所有数据点求和; -测量强度; I，计算强度 ld 样品的要求和制样方法 5.1标准物质 5.1.1要求采用编号为GBw(E)130014的x射线衍射硅粉末作为标准物质校正2角度及仪器宽度
GB/T31568一2015 5.1.2标准物质的装填方法将标准物质放人试样板凹槽内,用载玻片均匀铺开后压紧,标准物质表面与试样板表面处在同一平面,要求倾斜试样板60"时标准物质不从槽中脱落 5.2热障ZrO涂层试样 5.2.1 要求待测块状热障ZrO涂层试样表面需平整 5.2.2试样的装填方法采用中空的铝或有机玻璃试样板,固定方法见图1. 中空试样板块状试样平板橡皮泥图1试样装填方法示意图实验步骤制作20角度校正曲线 6.1 6.1.1采用外标法对标准物质按4.3规定的测量条件进行扫描，20角度扫描范围为28"一70*,按4.4规定的方达测址各稻射峰的0角度值 6.1.2将6.1.1得到的20角度值与附录A中表A.1给出的标准20角度值对比,计算差值_20 6.1.3将6.1.1得到的20为横坐标,6.1.2得到的A2为纵坐标,采用最小二乘法绘制出校正曲线 6.2制作仪器宽度校正曲线 6.2.1采用外标法对标准物质按4.3规定的测量条件进行扫描，20角度扫描范围为28"70",按4.4规定的方法测量各衍射峰的半高宽 6.2.2将6.1.1得到的2为横坐标,6.2.1得到的半高宽为纵坐标,采用内插法绘制仪器宽度校正曲线 6.3试样衍射峰20角度值的校正按附录B中表B.1选择不同晶型ZrO，相应的测量晶面,设定20角度扫描范围,按4.3规定的方法进行扫描,按4.4规定的方法测量各衍射线的20角度值,用6.1.3的校正曲线对试样的2角度值进行校正,并将校正后的20角度值记录在附录B表B.1中立方,四方,单斜相ZrO的标准衍射数据分别见附录C中表c.1、表C.2和表C.3
GB/I31568一2015 6.4测量试样衍射线的半高宽B 按附录B表选择不同晶型ZrO相应的测量晶面,设定20角度扫描范围,按4.3规定的方法进行扫描,按4.4规定的方法测量各衍射线的半高宽B,并记录在附录B表B.1中 6.5测量仪器宽度b 将6.3中测得的四方,立方、单斜相ZrO各衍射峰的2角度值分别代人6.2.2的校正曲线中,查出相对应的半高宽值作为在此角度下的仪器宽度b 6.6计算晶粒尺寸根据式(2)求出各晶面的出,分别代人式(1)中,计算得到该衍射面法线方向上的晶粒尺寸L 并将其记录在规范性附录D所示的表格中平均值与标准偏差 7.1平均值按5.2.2的方法对试样分别制样3次,按6.36.6步骤计算晶粒尺寸L从,并求其算术平均值L 7.2标准偏差标准偏差按式(4)计算: Lm IA" 式中: -标准偏差， "次测量结果的平均值; LM -第i次测量的结果， I从M1 -测量次数,本标准中n 3 测试报告测试报告应包含下列内容 a)委托单位试样名称、编号; b c)测试条件; 采用标准(本标准编号); d) 计算结果; e f 报告出具单位; 报告日期 g h)报告人和审核人; iD 其他需要说明的事项
GB/T31568一2015 附录A 资料性附录 si的标准x射线衍射数据衍射数据见表A.1 表A.1si的标准x射线衍射数据 d/A 20/( Inn hk/ d/A 20/(") hkl Int 3.1355 28.442 100 ll 1.0452 94.948 51m 55 47.302 440 1.9201 220 0.9600 106.7 30 531 1.6375 0.9180 56.121 31l 114.08 1.3577 69.130 440o 0.8587" 127.54 620 1 1.2459 76.377 331 0.8282" 136.89 533 12 1.1086 88.026 422 注:d为晶面间距,20为衍射角,In为相对衍射强度，hk!为衍射晶面
GB/I31568一2015 附录 B 规范性附录计算过程的数据记录数据记录格式见表B.1 表B.1数据记录格式 ZrO晶形晶面(hk 2扫描范围 20校正后 B1 3hM ll 29,0'31.2° 立方 49.0"一51.6" 220 29.0'31.2 01l 四方 202 61.4"一64.2” -111 27.0"30,0 单斜 111 30.0"33.0°
GB/T31568一2015 附录 c 资料性附录 ZrO的标准x射线衍射数据衍射数据见表C.1一表C.3 表c.1立方ZrO的标准X射线衍射数据 7A l 20/(e In/6 hk!/ d 20/(") Int hkl 2.9646 30.l19 100 1l1 1.1769 81.757 331 2.5644 34.959 17 200 1.146" 84.397 420 32 1.0469 422 1.8152 50.219 220 94.737 1.5466 16 0.9865 59,738 31l 102.67 333 1,4810 62.678 222 0.8668 125.39 531 1.,2808 73.938 400 0,8547 128,63 600 注:d为晶面间距，20为衍射角，ln为相对衍射强度，hk!为衍射晶面表C.2四方ZrO的标准x射线衍射数据 d / Int 20/(") hk 20/( kl ln4 2.9502" 30.270 00 011 1.2879 004 73.464 2.5750 34.811 002 1.2720 74.538 220 12 1n 2.5436 35.255 11o 1.1744 81.971 123 2.0952 43.138 012 1.1685 82.475 031 43 1.8098 50.377 112 1.1489 84.196 114 1.7987 50.711 22 020o 1.1410 84.917 222 3 1.5497" 59.610 14 013 1.137" 85.223 130 1.5358 60.205 24 21 1.0471 94.715 024 1.4749 62.967 202 1.0408 95.477 132 注;d为品面间距,20为衍射角，In为相对行射强度,hk为衍射品面表c.3单斜LrO的标准x射线衍射数据 20/( In hk/ d/A 20/(") hkl Int 17.419 -131 5,0870 001 l.5923 57.860 3.6976 24.047 14 110 1.5822 58.266 -222
GB/I31568一2015 表c.3(续》 d/A d ln6 20/(") 207( hk！ lnt hk 9.73 3.6390 10 .5458 24.440 01 13 3,1647 28.174 一11 1.5393 60.053 100 -203 2.8406 31.467 68 111 1.5095 61.365 311 -312 2.6226 34.159 21 200 1.4959 61.982 2.6061 34.382 11 020 1.4776 62.836 113 2.5399 35.308 13 002 1.4520 64.077 320 2,4994 35.899 -201 1.4485 64.248 230 2.3425 210 1.4343 032 38.395 64.964 2.3340 38.54o 1.4261 65.382 -231 120 2.2845 39.41o 012 1.4200 65.698 023 2.2527 39.989 <1 -211 1.4165 65.882 -132 12 2.2137 40.724 -112 1.3615 68.910 231 8 2.191 41.149 201 1.3493 69.618 321 2.1805 41.373 一121 1.3398 70.188 -322 44.825 2.0203 211 1.3253 71,069 223 1.9910 45.521 -202 71.298 1.3216 401 1.8593 48.948 -212 1.3113 71.948 400 18 1.8481 49.265 220 1.3088 72.102 -232 1.8187 50.115 022 040 22 1.3034 72.448 1.8038 13 50.558 221 1.3005 72.640 312 1.7829 51.192 -122 1.2862 73.578 -313 1.6937 54.103 1 003 1.2699 74.680 004 1.6772 54.678 221 75.044 140 1.2646 1.6607" 55.269 l 1.2454 -114 122 76.408 1.6571 55.399 11 310 1.2321 77.390 <1 330 1.6524 55.569 311 1.2229 78.076 1 401 1.6439 55.881 031 1.2127 78.864 033 1.6100 57.166 一l13 注:d为晶面间距,20为衔射角，ln为相对衍射强度,hk为衍射晶面
GB/T31568一2015 附录D 规范性附录计算结果的表示结果表示见表D.1D.3 表D.1立方zrO的晶粒尺寸计算结果立方相标准偏差标准偏差 Ls Lm l1n 测量次数第1次第 2次第3次表D.2四方ZrO的晶粒尺寸计算结果四方棚 Lm 标准偏差a 标准偏差a Lom L2o2 测量次数第1次第2次第3次表D.3单斜zro的晶粒尺寸计算结果单斜相标准偏差a Lm 标准偏差o -1 lm 测量次数第1次第2次第3次
GB/I31568?2015 [1]ASMD5187:2010St tandardtestmethodfordeterminationoferysta allitesize(Lcofealeined petroleumcokebyX-raydiffraction tallite [2]JISH7805:2005Methodforerysta sizedeterminationinmetalcatalystsbyX-raydif fractometry 10o

热喷涂热障ZrO2涂层晶粒尺寸的测定谢乐公式法GB/T31568-2015

热喷涂技术是一种将材料喷射到基材表面形成涂层的加工方法，广泛应用于航空、航天、能源等领域。而热障涂层则是热喷涂技术的重要应用之一，可有效地提高材料的耐热性和抗氧化性。

ZrO2是一种常用的热障涂层材料，其晶粒尺寸对涂层的性能有着很大的影响。因此，准确地测定ZrO2涂层晶粒尺寸是热喷涂技术研究的重要问题之一。

目前，测定ZrO2涂层晶粒尺寸的方法主要有显微镜观察法、X射线衍射法等。但这些方法都存在着各自的局限性和不足之处。相比之下，谢乐公式法是一种可靠且简便的测定ZrO2涂层晶粒尺寸的方法，已经被广泛应用。

谢乐公式法

谢乐公式法基于物理学中的散射理论，通过测定散射强度与晶粒尺寸的关系，计算出晶粒尺寸大小。该方法主要包括以下步骤：

利用透射电子显微镜(TEM)或扫描电子显微镜(SEM)对涂层进行图像处理，获得涂层颗粒的二维投影面积；
根据散射强度公式计算出样品的散射强度值；
根据涂层颗粒的形态、结晶类型等因素，确定所采用的谢乐公式；
根据计算出的散射强度值，带入谢乐公式中进行计算，得到晶粒尺寸大小。

GB/T31568-2015标准中的应用

在GB/T31568-2015标准中，对热喷涂涂层晶粒尺寸测定的要求做了详细规定，其中推荐采用谢乐公式法进行测定。该标准要求对每个样品至少取五个不同位置进行测量，并计算出平均值作为最终结果。

此外，标准还规定了涂层颗粒形态、结晶类型等因素对测定结果的影响，以确保测定结果的准确性和可靠性。

总之，热喷涂热障ZrO2涂层晶粒尺寸的测定谢乐公式法是一种简便、可靠的方法，在热喷涂技术研究中具有重要应用价值。而GB/T31568-2015标准的出台，则为该方法的标准化推广提供了依据，有助于提高涂层材料的质量和性能。