掃描電鏡在材料研究中的應用

作者：admin??????時間：2020年05月08日

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

• (1)機械零部件失效分析,可根據斷口學原理判斷斷裂性質(如塑性斷裂、脆性斷裂、疲勞斷裂、應力腐蝕斷裂、氫脆斷裂等),追溯斷裂原因,調查斷裂是跟原材料質量有關還是跟后續(xù)加工或使用情況有關等等。

• (2)鋼鐵產品質量和缺陷分析,如連鑄坯裂紋、氣泡、中心縮孔;板坯過燒導致的晶界氧化;軋制過程造成的機械劃傷、折疊、氧化鐵皮壓入;過酸洗導致的蝕坑;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,可以觀察材料在加熱過程中組織轉變的過程,研究不同材料在熱狀態(tài)下轉變的差異。在材料工藝性能研究方面,可以直接觀察組織形態(tài)的動態(tài)變化,彌補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溫度都在1000以上,實驗中可以觀察材料的原位變化,待冷卻下來后,結合能譜儀和EBSD,進而可以分析變化后的物相。

• (4)利用拉伸樣品臺,可預先制造人工裂紋,研究在有預裂紋情況下材料對裂紋大小的敏感性以及裂紋的擴展速度,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格。采用本儀器,可預先制作一個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。還可將試樣經過不同介質的腐蝕,然后裝入拉伸樣品臺做拉伸實驗,研究腐蝕條件對材料力學性能的影響。

• (5)利用背散射EBSD裝置,對汽車板等小晶粒的織構產品,可在軋制并退火之后,統(tǒng)計各種取向晶粒的比例,研究軋制和退后工藝對織構的影響。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,可用EBSD得到各種取向晶粒的分布情況,并可進行統(tǒng)計,這對焊接材料、焊接工藝以及焊接性能的研究又擴展到了晶體學研究的層次。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構跟腐蝕之間的關系。

• 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得到成分信息和晶體學的信息。我們可以預期，通過配置和使用高溫樣品臺、動態(tài)拉伸臺、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。