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延伸：掃描電鏡技術及其在材料科學中的應用
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綜述與評論

5　掃描電鏡在材料研究中的應用

掃描電鏡結合上述各種附件,其應用范圍很廣,包括斷裂失效分析、產(chǎn)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(jù)斷口學原理判斷斷裂性質(zhì)(如塑性斷裂、脆性斷裂、疲勞斷裂應力腐蝕斷裂、氫脆斷裂等),,(2),如連鑄坯裂紋、氣泡、;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(jīng)過不同介質(zhì)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EBSD裝置,對汽車板等小晶粒的織構產(chǎn)品,可在軋制并退火之后,的比例,。又,因其,ED得到各種取向,并可進行統(tǒng)計,這對焊接材料、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。

6　結　語

新一代環(huán)境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。最近幾年實現(xiàn)了拉伸臺與計算機的完美結合,有比較完善的材料動態(tài)拉伸掃描電鏡,研究才有可能開展得更為深入。環(huán)境掃描電鏡真空系統(tǒng)和探測器等相關技術的成熟使得高溫樣品臺的應用更安全可靠�？梢灶A期,高溫樣品臺、動態(tài)拉伸臺、能譜儀、EBSD和環(huán)境掃描電鏡組合,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。

參考文獻:

[1]　陳世樸.金屬電子顯微分析[M].北京:機械工業(yè)出版社,

1992.

[2]　談育煦.材料研究方法[M].北京:機械工業(yè)出版社,2004.5.

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　　　　40WISCOTECHNOLOGY2005,43(6)

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