AFM在钢铁冶金材料显微结构分析领域的应用.pdf

2005年国际材料科学与工程学术研讨会论文羹 ——————————型型坐塑!竺!!!Z婴型竺!!坚坐璺竺!!!堡竺!!!!!型!!!!!!g ISMSE 2005—275 AFM在钢铁冶金材料显微结构分析领域的应用 李健，王军艺，肖新星 (宝钢技术中心分析测试研究中心。t海201900) 摘要：作为扫描力探针显微镜(SPM-SCAN FORCE MICROSCOPB)不仅是重要的蚋柬材料表征的主要手段，在钢铁行业中也有着令人*奋的应用前景，本文通过一些典 型试验说明这台设备在钢铁材料显微研究中的重要作用． 关键词：原子力显微镜：显微结构． 中田分类号：TGll5．2159，TGll3，1文献标识码：A 就成像原理而言，SPM与扫描电子显微镜 F或扫描电镜r进行，都是在二维平面上得到判 (s雕)有相类似的工作原理，但SPM无论在成像定结果，见国l、图2。在这个过程中忽略了珠光 环境还是在成像内容及样品的适用范围，都是扫 体片层在观测平面上存在不同取向的问题，所以 描电子显微镜无法替代的。AFM是SPM家族中发在这种条件下不同位置测得的结果存在明显的差 展最快，用途最广，操作使用最方便的设备之一。 异。 在钢铁材料研究中，对于材料的显微形貌、表面 磁性分布、表面电势分布、表面粗糙度及表面电 化学性能(耐腐蚀性)等的研究都是非常重要的手 段。本文通过几个实例，介绍原子力显微镜在宝钢 材料显微研究领域的应用情况。 1 片层珠光体层间距的AFM测定 珠光体是高碳钢、中碳钢中的主要显微组织， 宝钢的产品，特别是线材产品中，高碳钢、弹簧钢 豳，碡光体盒相量徽镜囊征 产品占有一定的比例。片状珠光体是由一层铁索 体和一层渗碳体层层紧密堆叠而成。在片状珠光 体中，一片铁素体和一片渗碳体的总厚度或相邻 两片渗碳体或铁索体中心之间的距离，称为珠光 体的片间距离，用so表示。通常所说的珠光体是 指在光学显微镜下能清楚分辨出片层状态的一类 珠光体，而当片间距离小到一定程度后，光学显 微镜就分辨不出片层的状态了。根据片间距离的 大小，可以把珠光体分为普通珠光体、索氏体和 屈氏体”“。 围2珠光体扫描电子丑徽镜囊征 ● 普通珠光体P：So=1500—4500A，500倍光学 显微镜下能清晰分辨出片层结构； AFM在一定条件下可以给出三维形貌表观，是 · A，500 索氏体(细珠光体)S：So=800—1500 一种可以较为精确测定珠光体片层间距的方法。 倍光学显微镜下很难分辨出片层结构； 需要说明的是用于AFM测量的珠光体样品．在制 ● 屈氏体(极细珠光体)T；Sn800A，1000倍光 样方面过程中与传统的制样没有明显的区别。铡 学显微镜下无法分辨片层结构。 量区域一般掌握在l--50微米，可以根据片间距 传统的珠光体片层间距测量是在金相显微镜 2005年国际材辜霉科学与工程学术研讨会论文集 —— 一 !婴!!坐坚型!!!!!墅竺￡!!生竺!!坚!鲤!!!!!堡竺!竺璺曼!E!竺!翌些 的密疏确定潮量范围。图3是用AFM测定的宝钢 组织，观察碳化物析出相的分布状况，见图4、 高碳钢钢坯珠光体形貌。 图5。