第十一章表面质量检测及表面质量控制.ppt

表面质量检测与表面质量控制 苟国庆 西南交大工程科学研究院 结构决定性能是自然界永恒的规律，不同类型的材料具有不同的性能。 材料的组织结构又是由其成分和生产工艺决定的，即使同一种材料经不同的工艺处理、也会得到不同的组织结构而具有不同的性能。 应用现代测试仪器对材料的成分、组织结构进行分析测试研究，以达到控制材料的成分和组织结构的目的，使其达到设计或生产要求的性能。其微观组织结构所涉及的内容大致如下： 1、显微化学成分——不同相的成分，基体与析出相的成分，成分的分布，晶体内部与晶界的成分等； 2、晶体结构与晶体缺陷——晶体的点阵类型，点阵常数及其变化 规律，晶体结构中的应力、位错、层错等。 2、仪器分析方法 仪器分析方法分析速度快，但仪器比较昂贵，分析费用 比较高；视其分析的仪器不同，分析的精度和功能各异。 主要仪器有： 1）、电子探针和X射线荧光光谱分析 可分析材料的平均成分，但其平均性没有化学分析的 平均性好，主要用于分析材料的微区成分及其成分的分布 ， 如线分布，面分布等。 定量分析时，如有标样进行定量分析，精度较高，无标 样而用元素的特征谱线强度进行计算时，其定量的精度较 差，特别是轻元素准确性更差。 2）、离子探针 3 )、俄歇能谱分析 4）、光电子能谱分析等 三、材料形貌结构分析 （一）金相显微分析在材料研究中的应用 金相显微分析使用方便，制样简单，主要分析材料中的相组成及其 相的形状，粒度、分布和数量等。 金属显微组织的显示——化学显示、电解显示、阴极真空浸蚀、恒 电位浸蚀； 试样组织的观察与分析 1、定性分析——观察分析材料的相组成，这些相的形状大小及分布等； 2、定量分析 测量晶粒大小，复相材料中各组织或相的相对含量、界面曲率、第 二相粒子尺寸及分布，枝晶间距等。通过显微组织特征参量的定量测 量，建立组织参数与性能状态间更为本质的定量关系。 1）晶粒大小 a , 截线法 b , 网格法 c , 晶粒度的测定 g）FeNiB 电子探针显微分析 电子探针的主要功能是进行微区成分分析,它是在电 子光学和X射线光谱学原理的基础上发展起来的一种高效 率分析仪器。 其原理是用细聚焦电子束入射到试样表面，激发出 样品原子的特征X射线，分析特征X射线的波长或特征能 量便可知道样品中所含元素的种类，分析特征X射线的强 度，便可知道它们的相对含量。 电子探针仪的结构与扫描电子显微镜结构大体相 同，只是检测器是X射线谱仪。因此现代的电子探针是作 为附件安装在扫描电镜和透射电镜上， 以满足对式样进 行形貌、成分、结构三位一体同位分析的需要。 四、X射线衍射 1、晶体结构的测定； 点阵常数的精确测定 ，点阵常数随成分，工艺的变化规律等。 2、物相定性分析； １） 用X射线进行物相分析准确可靠,但它只能肯定某相的存在而不能 否定某相的存在。因细小弥散的微量相( ＜0. 1 μ m )，其衍射线条很弱甚 至测不到该相的衍射线条，所以对细小和微量相的分析可用透射电子显 微镜进行分析，根据电子衍射花样确定其物相，还可根据母相和析出相的 电子衍射花样确定其析出相与母相的位向关系． 　２）对混合物中微量相的分析 　对微量相的分析可采用化学分离，用元素定性或电解提取后,再用X射 线衍射分析. 3 ) 对目标相的分析 4 ) X射线物相分析的方法----人工检索和计算机检索. 3、物相定量分析 4、宏观应力的测定 5、晶体取向的测定 6、织构的测定 X射线衍射 (单晶或多晶)晶体与x射线所产生的衍射作用 衍射斑点或谱图 分析晶体结构 确定晶体所属的晶系（物相）、晶体的晶胞参数、晶粒尺寸的大小、薄膜的厚度和应力分布等 X射线衍射可以得到的信息 1、物相鉴定 1.1定性 当X射线通过晶体时，每一种结晶物质都有自己的独特的衍射花样， 多种物质以混合物存在时，它的衍射数据d 不会改变（与红外不同） 避免漏确定一些含量较少的物相的衍射峰 五、 X射线光电子能谱仪 X射线光电子能谱 X射线光电子能谱（X-ray photoelectron Spectroscopy ,简称ＸＰＳ）即化学分析用电子能谱，是目前最广泛应用的表面分析方法之一，主要用于表面成分和化学态的分析。 　　用单色Ｘ射线照射样品，具有一定能量的入射光子同样品原子作用，光致电离产生了光电子；用能量分析器分析光电子的