【儀表網(wǎng) 儀表標(biāo)準(zhǔn)】由中國(guó)材料與試驗(yàn)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)科學(xué)試驗(yàn)領(lǐng)域委員會(huì)科學(xué)試驗(yàn)裝置技術(shù)委員(CSTM/FC98/TCO3)歸口承擔(dān)的為CSTM LX 9803 01035—2022，《鈦合金三維氫分布測(cè)定中子成像法》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)已完成征求意見稿，按照《中關(guān)村材料試驗(yàn)技術(shù)聯(lián)盟團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)管理辦法》的有關(guān)規(guī)定，現(xiàn)公開廣泛征求意見。
 

　　鈦合金由于具有比強(qiáng)度高、耐熱、耐蝕等優(yōu)點(diǎn)廣泛地應(yīng)用于航空航天、生物醫(yī)療、海洋工程等領(lǐng)域。氫在鈦合金中的作用具有二重性，在熱處理加工過(guò)程中適量的氫可以改善鈦合金的加工性能，而在服役過(guò)程中，氫則可以引起材料的損傷而導(dǎo)致氫脆。
 

　　鈦合金中氫含量及分布是探究氫的擴(kuò)散行為及影響機(jī)制的關(guān)鍵。現(xiàn)有氫的測(cè)試手段往往僅能得到鈦合金中 H 的平均含量，如 GB/T 4698.15-2011 中的惰性氣體熔融-熱導(dǎo)/紅外法。其他氫的測(cè)試手段如二次離子質(zhì)譜、三維原子探針?lè)椒▋H能獲得微觀局域的氫分布信息，且其定量過(guò)程復(fù)雜，往往為半定量結(jié)果。
 

　　中子成像法，又叫中子計(jì)算機(jī)層析成像法，具有對(duì)氫元素靈敏、穿透性強(qiáng)、無(wú)損的優(yōu)點(diǎn)。它是利用中子束穿透物體時(shí)，與原子核發(fā)生相互作用，通過(guò)中子束的衰減來(lái)反映樣品內(nèi)部信息的一種無(wú)損檢測(cè)方法。鈦合金中不同氫含量會(huì)引起中子束不同程度的衰減，對(duì)含氫鈦合金試樣進(jìn)行三維中子成像，可獲得三維的氫分布信息。通過(guò)建立中子圖像與鈦合金中不同氫含量的相關(guān)性曲線，可實(shí)現(xiàn)鈦合金中三維氫分布定量測(cè)定，為鈦合金中氫的擴(kuò)散行為及影響機(jī)制研究提供新的方法及數(shù)據(jù)支撐，優(yōu)化鈦合金性能，促進(jìn)鈦合金材料廣泛應(yīng)用。本標(biāo)準(zhǔn)為鈦合金中三維氫含量及分布的可靠測(cè)定提供技術(shù)規(guī)范。
 

　　本文件參照 GB/T 1.1—2020 《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則 第 1 部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》，GB/T 20001.4《標(biāo)準(zhǔn)編寫規(guī)則 第 4 部分：試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》給出的規(guī)則起草。參考GB/T 12604.2 無(wú)損檢測(cè) 術(shù)語(yǔ) 射線照相檢測(cè)；GB/T 12604.8 無(wú)損檢測(cè) 術(shù)語(yǔ) 中子檢測(cè)；GB/T 12604.11 無(wú)損檢測(cè) 術(shù)語(yǔ) X 射線數(shù)字成像檢測(cè)；GB/T 12604.12 無(wú)損檢測(cè) 術(shù)語(yǔ) 第 12 部分：工業(yè)射線計(jì)算機(jī)層析成像檢測(cè)；GB/T 31363 無(wú)損檢測(cè) 熱中子照相檢測(cè) 總則和基本規(guī)則；GB/T 41123.1 無(wú)損檢測(cè) 工業(yè)射線計(jì)算機(jī)層析成像檢測(cè) 第 1 部分：原理、設(shè)備和樣品；GB/T 41123.2 無(wú)損檢測(cè) 工業(yè)射線計(jì)算機(jī)層析成像檢測(cè) 第 2 部分：操作和解釋等規(guī)程編制。
 

　　本標(biāo)準(zhǔn)介紹了中子成像法測(cè)定鈦合金中三維氫分布及含量的方法，包含術(shù)語(yǔ) 和定義、原理、儀器和設(shè)備、樣品、試驗(yàn)步驟、試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理等幾個(gè)部分，適用于熱處理或電化學(xué)充氫前后的鈦合金塊狀樣品中氫分布及含量測(cè)定。
 

　　原理：
 

　　中子成像法是基于透射成像原理：當(dāng)中子束穿透物體時(shí)，與原子核發(fā)生相互作用，通過(guò)透射中子束 的衰減來(lái)反映樣品內(nèi)部的信息。當(dāng) 360°旋轉(zhuǎn)掃描樣品時(shí)，可得到不同角度的透射投影圖，經(jīng)過(guò)透射投 影圖像的重建，可獲得樣品三維分布信息。氫元素的中子衰減系數(shù)遠(yuǎn)大于鈦合金中其他元素，使得氫元 素引起的中子束強(qiáng)度衰減與鈦合金基體有明顯差異，使中子成像法獲得氫分布信息成為可能。鈦合金中 不同氫含量會(huì)引起中子束不同程度的衰減，在中子圖像中，氫含量引起的衰減可表征為不同的灰度值(或 偽彩色)。通過(guò)中子計(jì)算機(jī)層析成像，并建立中子圖像灰度值與鈦合金中不同氫含量的校準(zhǔn)曲線，可實(shí) 現(xiàn)鈦合金中三維氫分布的定量測(cè)定。本方法適用于使用不同類型中子源的中子成像裝置，用已知?dú)浜?的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)/樣品進(jìn)行校準(zhǔn)。
 

　　儀器和設(shè)備：
 

　　中子成像裝置主要包括中子源、準(zhǔn)直器、樣品臺(tái)及像探測(cè)器。由中子源發(fā)出的中子束 經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直器后照射到樣品上，中子束與樣品發(fā)生相互作用而衰減，衰減后的透射中子的空間分布被探測(cè)器接收得到沿著中子束傳播方向的被測(cè)樣品的透射投影圖。當(dāng) 360°旋轉(zhuǎn)樣品時(shí)，探測(cè)器可記錄不同旋轉(zhuǎn)角度的透射投影圖，實(shí)現(xiàn)中子三維成像。
 

　　a.中子源。可用于中子成像的中子源通常分為兩類： ——穩(wěn)態(tài)反應(yīng)堆中子源：利用重核裂變，在反應(yīng)堆內(nèi)形成鏈?zhǔn)椒磻?yīng)來(lái)產(chǎn)生中子的一種體中子源。 ——脈沖散裂中子源：利用粒子加速器加速某些帶電粒子(如質(zhì)子、氘核、?粒子等)去轟擊靶原 子核以產(chǎn)生中子的裝置。
 

　　b.像探測(cè)器。像探測(cè)器是獲得樣品高質(zhì)量透射投影圖像的關(guān)鍵。依據(jù)成像介質(zhì)的不同分為采用膠片的靜態(tài)成像和 采用 CCD 等數(shù)字成像器件的在線成像。前者具有較好的分辨力，但探測(cè)靈敏度低、時(shí)間分辨差、動(dòng)態(tài) 范圍小、線性度差、難以保存等諸多不足，后者的特點(diǎn)正與前者相反。采用 CCD 等數(shù)字成像器件的在 線成像是由閃爍屏、光學(xué)系統(tǒng)和 CCD 相機(jī)組成的數(shù)字化成像系統(tǒng)。中子穿過(guò)待測(cè)試樣，熒光轉(zhuǎn)換屏將中子轉(zhuǎn)換為可見光，該光通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)由 CCD 相機(jī)捕獲圖像。根據(jù)閃爍屏材質(zhì)或厚度的不同，探測(cè)器的分辨率為幾十微米~幾百微米。
 

　　試驗(yàn)報(bào)告：
 

　　試驗(yàn)報(bào)告應(yīng)當(dāng)包括下列內(nèi)容：a)報(bào)告編號(hào)；b)引用標(biāo)準(zhǔn)；c)樣品信息：種類、名稱、編號(hào)、規(guī)格尺寸、材質(zhì)、熱處理狀態(tài)、化學(xué)成分；d)中子成像裝置：中子源種類及特征(波長(zhǎng)、功率、中子通量等)、裝置準(zhǔn)直比 L/D、探測(cè)器類 型、探測(cè)器分辨率；e)試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置：樣品旋轉(zhuǎn)角度的步距、曝光時(shí)間(幀速率)、每個(gè)透射投影圖的迭加數(shù)量(幀 數(shù))；f)試驗(yàn)示意圖；g)圖像評(píng)定：圖像分辨率、圖像靈敏度、圖像信噪比等；h)試驗(yàn)結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)論；i)實(shí)驗(yàn)人及編制人；j)實(shí)驗(yàn)日期及編制日期；k)測(cè)定中發(fā)現(xiàn)的異?，F(xiàn)象；l)對(duì)結(jié)果可能已產(chǎn)生影響的本文件中未作規(guī)定的各種操作或任選的操作。
 

　　本文件適用于熱處理或電化學(xué)充氫前后的鈦合金塊狀樣品中氫分布及含量測(cè)定，測(cè)定范圍為 0.004%—4.0%，氫分布的空間分辨率根據(jù)樣品尺寸在幾十微米~幾百微米。