掃描電鏡在材料研究中的應(yīng)用

作者：admin??????時(shí)間：2020年05月08日

• 掃描電子顯微鏡（SEM）自誕生之日起，它結(jié)合不同附件其可以應(yīng)用在不同領(lǐng)域范圍中。掃描電鏡常見的應(yīng)用場景包括了斷裂失效分析、產(chǎn)品缺陷原因分析、鍍層結(jié)構(gòu)和厚度分析、涂料層次與厚度分析、材料表面磨損和腐蝕分析、耐火材料的結(jié)構(gòu)與蝕損分析等等,結(jié)合鋼鐵材料的研究粗略列舉如下：

• (1)機(jī)械零部件失效分析,可根據(jù)斷口學(xué)原理判斷斷裂性質(zhì)(如塑性斷裂、脆性斷裂、疲勞斷裂、應(yīng)力腐蝕斷裂、氫脆斷裂等),追溯斷裂原因,調(diào)查斷裂是跟原材料質(zhì)量有關(guān)還是跟后續(xù)加工或使用情況有關(guān)等等。

• (2)鋼鐵產(chǎn)品質(zhì)量和缺陷分析,如連鑄坯裂紋、氣泡、中心縮孔;板坯過燒導(dǎo)致的晶界氧化;軋制過程造成的機(jī)械劃傷、折疊、氧化鐵皮壓入;過酸洗導(dǎo)致的蝕坑;涂層剝落及其它缺陷等等。由于掃描電鏡的分辨率和景深比電子探針的高,因而,可從新鮮斷口上獲得更為全面的信息,如晶界碳化物、中心疏松等。

• (3)利用高溫樣品臺(tái),可以觀察材料在加熱過程中組織轉(zhuǎn)變的過程,研究不同材料在熱狀態(tài)下轉(zhuǎn)變的差異。在材料工藝性能研究方面,可以直接觀察組織形態(tài)的動(dòng)態(tài)變化,彌補(bǔ)了以前只能通過間接觀察方法的不足。例如,耐火材料和鐵氧體的燒結(jié)溫度都在1000以上,實(shí)驗(yàn)中可以觀察材料的原位變化,待冷卻下來后,結(jié)合能譜儀和EBSD,進(jìn)而可以分析變化后的物相。

• (4)利用拉伸樣品臺(tái),可預(yù)先制造人工裂紋,研究在有預(yù)裂紋情況下材料對裂紋大小的敏感性以及裂紋的擴(kuò)展速度,有益于材料斷裂韌性的研究。例如,鋼簾線因其在后續(xù)加工過程中要拉拔到0.2mm左右的直徑,對夾雜物非常敏感,因此,其煉鋼過程對夾雜物的控制要求特別嚴(yán)格。采用本儀器,可預(yù)先制作一個(gè)有夾雜物的鋼簾線試樣,在拉伸過程中觀察夾雜物附近鋼基的變化,直至開裂,然后對照鋼簾線實(shí)物斷口,討論夾雜物類型、形態(tài)、尺寸、分布對斷裂的影響。另外,還可研究線材形變跟夾雜物類型和尺寸的關(guān)系,也可研究夾雜物對其它材料形變行為的影響。還可將試樣經(jīng)過不同介質(zhì)的腐蝕,然后裝入拉伸樣品臺(tái)做拉伸實(shí)驗(yàn),研究腐蝕條件對材料力學(xué)性能的影響。

• (5)利用背散射EBSD裝置,對汽車板等小晶粒的織構(gòu)產(chǎn)品,可在軋制并退火之后,統(tǒng)計(jì)各種取向晶粒的比例,研究軋制和退后工藝對織構(gòu)的影響。又如焊接試樣的熔合區(qū)為凝固狀態(tài)的柱狀晶,因其是定向生長,存在織構(gòu),可用EBSD得到各種取向晶粒的分布情況,并可進(jìn)行統(tǒng)計(jì),這對焊接材料、焊接工藝以及焊接性能的研究又?jǐn)U展到了晶體學(xué)研究的層次。再如,管線鋼在使用過程中可能出現(xiàn)選擇性腐蝕,采用形貌觀察,結(jié)合能譜儀成分分析,可以了解優(yōu)先腐蝕的因素(如夾雜物類型、材料缺陷等);用EBSD分析,可以了解晶粒取向和組織結(jié)構(gòu)跟腐蝕之間的關(guān)系。

• 新一代掃描電鏡與能譜儀和EBSD配合,可在得到較好的試樣形貌像的前提下同時(shí)得到成分信息和晶體學(xué)的信息。我們可以預(yù)期，通過配置和使用高溫樣品臺(tái)、動(dòng)態(tài)拉伸臺(tái)、能譜儀、EBSD和掃描電鏡相組合，它必將在鋼鐵材料工藝研究和品種開發(fā)等方面發(fā)揮更大的作用。