扫描电镜在材料研究中的应用

作者：admin      时间：2020年05月08日

• 扫描电子显微镜（SEM）自诞生之日起，它结合不同附件其可以应用在不同领域范围中。扫描电镜常见的应用场景包括了断裂失效分析、产品缺陷原因分析、镀层结构和厚度分析、涂料层次与厚度分析、材料表面磨损和腐蚀分析、耐火材料的结构与蚀损分析等等,结合钢铁材料的研究粗略列举如下：

• (1)机械零部件失效分析,可根据断口学原理判断断裂性质(如塑性断裂、脆性断裂、疲劳断裂、应力腐蚀断裂、氢脆断裂等),追溯断裂原因,调查断裂是跟原材料质量有关还是跟后续加工或使用情况有关等等。

• (2)钢铁产品质量和缺陷分析,如连铸坯裂纹、气泡、中心缩孔;板坯过烧导致的晶界氧化;轧制过程造成的机械划伤、折叠、氧化铁皮压入;过酸洗导致的蚀坑;涂层剥落及其它缺陷等等。由于扫描电镜的分辨率和景深比电子探针的高,因而,可从新鲜断口上获得更为全面的信息,如晶界碳化物、中心疏松等。

• (3)利用高温样品台,可以观察材料在加热过程中组织转变的过程,研究不同材料在热状态下转变的差异。在材料工艺性能研究方面,可以直接观察组织形态的动态变化,弥补了以前只能通过间接观察方法的不足。例如,耐火材料和铁氧体的烧结温度都在1000以上,实验中可以观察材料的原位变化,待冷却下来后,结合能谱仪和EBSD,进而可以分析变化后的物相。

• (4)利用拉伸样品台,可预先制造人工裂纹,研究在有预裂纹情况下材料对裂纹大小的敏感性以及裂纹的扩展速度,有益于材料断裂韧性的研究。例如,钢帘线因其在后续加工过程中要拉拔到0.2mm左右的直径,对夹杂物非常敏感,因此,其炼钢过程对夹杂物的控制要求特别严格。采用本仪器,可预先制作一个有夹杂物的钢帘线试样,在拉伸过程中观察夹杂物附近钢基的变化,直至开裂,然后对照钢帘线实物断口,讨论夹杂物类型、形态、尺寸、分布对断裂的影响。另外,还可研究线材形变跟夹杂物类型和尺寸的关系,也可研究夹杂物对其它材料形变行为的影响。还可将试样经过不同介质的腐蚀,然后装入拉伸样品台做拉伸实验,研究腐蚀条件对材料力学性能的影响。

• (5)利用背散射EBSD装置,对汽车板等小晶粒的织构产品,可在轧制并退火之后,统计各种取向晶粒的比例,研究轧制和退后工艺对织构的影响。又如焊接试样的熔合区为凝固状态的柱状晶,因其是定向生长,存在织构,可用EBSD得到各种取向晶粒的分布情况,并可进行统计,这对焊接材料、焊接工艺以及焊接性能的研究又扩展到了晶体学研究的层次。再如,管线钢在使用过程中可能出现选择性腐蚀,采用形貌观察,结合能谱仪成分分析,可以了解优先腐蚀的因素(如夹杂物类型、材料缺陷等);用EBSD分析,可以了解晶粒取向和组织结构跟腐蚀之间的关系。

• 新一代扫描电镜与能谱仪和EBSD配合,可在得到较好的试样形貌像的前提下同时得到成分信息和晶体学的信息。我们可以预期，通过配置和使用高温样品台、动态拉伸台、能谱仪、EBSD和扫描电镜相组合，它必将在钢铁材料工艺研究和品种开发等方面发挥更大的作用。