[发明专利]一种材料表面硬度的测量方法及测量装置

权利要求书

1.一种材料表面硬度的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、用第一脉冲激光照射第一材料的表面，获取所述第一材料的激光等离子体光谱；

S2、从所述激光等离子体光谱中获得第一分析元素的原子光谱，根据所述第一分析元素的原子光谱计算出激光等离子体温度，其中，第一分析元素为所述第一材料组成元素中的一种；

S3、根据与所述第一材料相同的材料的表面硬度与激光等离子体温度之间的函数关系确定所述第一材料的表面硬度。

2.根据权利要求1所述的材料表面硬度的测量方法，其特征在于，步骤S3包括以下步骤：

根据步骤S2中所获得的激光等离子体的光谱，确定所述第一分析元素的多条原子谱线；

将多条所述原子谱线对应的坐标点拟合成直线，

其中，每条所述原子谱线对应的坐标点为(E_k，ln(I_kiλ_ki/g_kA_ki))，在坐标(E_k，ln(I_kiλ_ki/g_kA_ki))中，I_ki为发射光谱的强度，λ_ki为波长，g_k为上能级的简并度，A_ki为跃迁几率，E_k为激发态能量；并且所述直线的斜率值L与所述第一材料的激光等离子体的温度T满足以下公式：L＝-1/mT，所述公式中，m为玻尔兹曼常数。

3.根据权利要求2所述的材料表面硬度的测量方法，其特征在于，在获得所述第一材料的激光等离子体光谱之后，选取所述第一分析元素的多条原子谱线之前，还包括以下步骤：

对所述第一材料的激光等离子体的光谱进行归一化处理。

4.根据权利要求1所述的材料表面硬度的测量方法，其特征在于，与所述第一材料相同的材料的表面硬度与激光等离子体温度之间的函数关系通过以下步骤获得：

N1、测得多个第二材料构成的样品在待测位置处的硬度值，其中，所述第二材料与所述第一材料采用的材料相同；

N2、用第二脉冲激光分别照射每个所述样品的待测位置，分别获取每个所述样品的待测位置处的激光等离子体光谱；

N3、从步骤N2所获取的激光等离子体光谱中获得第二分析元素的原子光谱，根据所述第二分析元素的原子光谱分别计算出每个所述样品的待测位置处的激光等离子体温度，所述第二分析元素为所述第二材料组成元素中的一种；

N4、根据多个所述样品在待测位置处的硬度值和激光等离子体温度，建立所述第二材料的表面硬度与激光等离子体温度之间的函数关系。

5.根据权利要求4所述的材料表面硬度的测量方法，其特征在于，同一个所述样品上具有多个待测位置。

6.根据权利要求4或5所述的材料表面硬度的测量方法，其特征在于，多个所述样品中，至少有两个的运行年限不同。

7.根据权利要求1～5中任一项所述的材料表面硬度的测量方法，其特征在于，步骤S1包括用第一脉冲激光对所述第一材料的同一位置进行多次照射，使用第二次或第二次之后照射所得到的数据作为有效的测量数据。

8.一种材料表面硬度的测量装置，其特征在于，包括激光器、聚焦透镜、光谱仪和计算机设备，所述聚焦透镜位于所述激光器所发出激光的路径上，

所述光谱仪与所述计算机设备相连接，所述光谱仪用于捕捉激光等离子体的发射光谱，并将所捕捉的激光等离子体的发射光谱传送至所述计算机设备；

所述计算机设备用于从所述光谱仪所捕捉的等离子体的发射光谱中获得第一分析元素的原子光谱，根据所述第一分析元素的原子光谱计算出所述激光等离子体温度；然后，根据与所述第一材料相同的材料的表面硬度与所述激光等离子体温度之间的函数关系确定所述第一材料的表面硬度。

9.根据权利要求8所述的材料表面硬度的测量装置，其特征在于，还包括扩束器，所述扩束器位于所述激光器所发出激光的路径上，并且位于所述激光器和所述聚焦透镜之间。

10.根据权利要求8所述的材料表面硬度的测量装置，其特征在于，所述计算机设备与所述激光器相连接，所述计算机设备可向所述激光器发送触发指令，所述激光器可根据接收到的所述指令，以发射激光。