激光诱导击穿光谱成分检测的无损化实现方法及其应用技术

本发明专利技术涉及材料微观信息监检测技术领域，具体涉及一种激光诱导击穿光谱成分检测的无损化实现方法及其应用。为了解决现有大气环境下的激光诱导击穿光谱检测对材料表面产生烧蚀破坏，而水下环境中的激光诱导击穿光谱检测则由于液态水对激光光束能量的电离损耗与液态水对光谱信号传播的大幅削弱而降低测试精度和可靠性的问题，本发明专利技术提出一种激光诱导击穿光谱成分检测的无损化实现方法及其应用，通过对大气环境中的激光诱导击穿光谱测试过程进行约束型改进的新方法，采用脉冲激光冲击强化效果对激光诱导击穿光谱的有损结果进行有效补偿，从而实现“无损化”激光诱导击穿光谱成分检测。分检测。分检测。

【技术实现步骤摘要】
激光诱导击穿光谱成分检测的无损化实现方法及其应用


[0001]本专利技术涉及材料微观信息监检测
，具体涉及一种激光诱导击穿光谱成分检测的无损化实现方法及其应用。

技术介绍

[0002]公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
[0003]激光诱导击穿光谱(Laser
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induced breakdown spectroscopy，LIBS)技术通过超短脉冲激光聚焦样品表面形成等离子体，进而对等离子体发射光谱进行分析以确定样品的物质成分及含量。超短脉冲激光聚焦后能量密度较高，可以将任何物态(固态、液态、气态)的样品激发形成等离子体，LIBS技术(原则上)可以分析任何物态的样品，仅受到激光的功率以及摄谱仪&检测器的灵敏度和波长范围的限制。
[0004]大气环境中的激光诱导击穿光谱是一种有损的材料成分测试手段。激光诱导击穿光谱技术利用了激光脉冲导致待检测材料表面烧蚀而形成的光谱信号，对材料表面的元素种类及浓度等信息进行定量表征。由于激光诱导击穿光谱产生光谱信号的前提是材料表面待检测区域的烧蚀，而烧蚀作用对材料表面质量产生不利影响，故该技术在实质上是一种有损测试方法。
[0005]由于激光脉冲在液态水等约束材料的作用下，可形成较显著的等离子体冲击效应，且该物理过程可使得材料表面受到明显的冲击压力作用，故水下环境的激光诱导击穿光谱检测可在成分分析的同时对材料表面产生强化效果。
[0006]然而，专利技术人发现水下环境的激光诱导击穿光谱技术由于光谱信号采集难度增大等原因，光谱分析精度与准确度均大幅度降低，其应用局限性明显。

技术实现思路

[0007]为了解决现有大气环境下的激光诱导击穿光谱检测对材料表面产生烧蚀破坏，而水下环境中的激光诱导击穿光谱检测则由于液态水对激光光束能量的电离损耗与液态水对光谱信号传播的大幅削弱而降低测试精度和可靠性的问题，本专利技术提出一种激光诱导击穿光谱成分检测的无损化实现方法及其应用，通过对大气环境中的激光诱导击穿光谱测试过程进行约束型改进的新方法，使得激光脉冲在材料表面形成光谱信号的同时，一并引入残余压应力分布与显微组织演变等强化效果。本专利技术采用脉冲激光冲击强化效果对激光诱导击穿光谱的有损结果进行有效补偿，从而实现“无损化”激光诱导击穿光谱成分检测。
[0008]具体地，本专利技术是通过如下所述的技术方案实现的：
[0009]本专利技术第一方面，提供一种激光诱导击穿光谱成分检测的无损化实现方法，包括：
[0010]工序一：调整待检测材料表面的约束层厚度；
[0011]工序二：调整激光光束聚焦位置与材料表面相对距离；
[0012]工序三：激光光束聚焦位置处于材料表面的约束层之上；
[0013]工序四：采用激光检测工艺对待检测材料进行成分检测。
[0014]本专利技术第二方面，提供一种激光诱导击穿光谱成分检测的无损化实现方法制备获得的材料。
[0015]本专利技术第三方面，提供一种激光诱导击穿光谱成分检测的无损化实现方法在材料表面成分分析领域和/或材料测试方法中的应用。
[0016]上述一个或多个技术方案具有以下有益效果：
[0017]1)合理调整待检测材料表面起到约束等离子体膨胀的作用的约束层厚度，以及设定对材料表面进行辐照的激光脉冲的离焦状态，使得材料表面可同时形成表征化学元素信息的光谱信号以及强化材料表面一定层深机械性能的改性效果。
[0018]2)在实施成分检测工作之前，在材料表面涂敷水约束层，且约束层厚度0.5mm～1mm，该厚度的约束层可产生对材料表面高温高压等离子体的约束作用，又能避免约束层对光束传播过程中激光能量的过多损耗。
[0019]3)在实施成分检测工作之前，调整激光光束聚焦位置与材料表面相对距离，使得激光光束聚焦位置处于材料表面的已涂敷水层之上，即脉冲激光光束相对于待检测材料表面为正离焦状态，且离焦量大于水层厚度。正离焦状态可减少材料表面烧蚀，正离焦量大于水层厚度还可避免空化效应在水环境中的发生，减少激光能量在传播路径中的损耗。
附图说明
[0020]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。以下，结合附图来详细说明本专利技术的实施方案，其中：
[0021]图1为本专利技术实验例1大气环境下的激光诱导击穿光谱检测示意图；
[0022]图2为本专利技术实验例2水下环境下的激光诱导击穿光谱检测示意图；
[0023]图3为本专利技术实施例1“无损化”激光诱导击穿光谱的材料成分测试示意图；
[0024]其中：1、激光器，2、反射镜，3、聚焦镜，4、光谱仪，5、光纤，6、接收头，7、待检测材料，8、激光光束聚焦位置，9、水下环境，10、水约束层。
具体实施方式
[0025]下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。
[0026]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0027]需要理解的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0028]在现有的利用激光诱导击穿光谱的物理原理进行材料表面化学元素成分分析的监检测方法中，大气环境下的激光诱导击穿光谱检测对材料表面势必会产生烧蚀破坏，而水下环境中的激光诱导击穿光谱检测则由于液态水对激光光束能量的电离损耗与液态水对光谱信号传播的大幅削弱而降低测试精度和可靠性。
[0029]因此本专利技术提出一种激光诱导击穿光谱成分检测的无损化实现方法及其应用，通过对大气环境中的激光诱导击穿光谱测试过程进行约束型改进的新方法，使得激光脉冲在材料表面形成光谱信号的同时，一并引入残余压应力分布与显微组织演变等强化效果。本专利技术采用脉冲激光冲击强化效果对激光诱导击穿光谱的有损结果进行有效补偿，从而实现“无损化”激光诱导击穿光谱成分检测。
[0030]具体地，本专利技术是通过如下所述的技术方案实现的：
[0031]本专利技术第一方面，提供一种激光诱导击穿光谱成分检测的无损化实现方法，包括：
[0032]工序一：调整待检测材料表面的约束层厚度；
[0033]工序二：调整激光光束聚焦位置与材料表面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光诱导击穿光谱成分检测的无损化实现方法，其特征在于，包括：工序一：调整待检测材料表面的约束层厚度；工序二：调整激光光束聚焦位置与材料表面相对距离；工序三：激光光束聚焦位置处于材料表面的约束层之上；工序四：采用激光检测工艺对待检测材料进行成分检测。2.根据权利要求1所述激光诱导击穿光谱成分检测的无损化实现方法，其特征在于，所述约束层厚度为0.5mm～1mm；优选地，所述约束层厚度为0.7mm～0.8mm；优选地，所述激光光束相对于材料表面的正离焦量为0.9mm。3.根据权利要求1所述激光诱导击穿光谱成分检测的无损化实现方法，其特征在于，所述约束层包括在待检测材料表面流动的水层和/或在待检测材料表面设置透明器皿，透明器皿的内部装有去离子水。4.根据权利要求1所述激光诱导击穿光谱成分检测的无损化实现方法，其特征在于，所述工序一和工序二顺序可以调整或者同时进行。5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢国鑫，田野，鲁艳红，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：