掃描電鏡在金屬材料檢測中的應用探討

韋佳辰

摘 要 在對金屬新材料及工程的勘探研究中，掃描電子顯微鏡起了很大的作用，分析功能多種多樣，并且具有智能化。隨著科學技術水平的不斷發(fā)展和進步，各個行業(yè)和領域?qū)z測技術水平有了一定的要求，掃描電鏡在檢測過程中要充分的發(fā)揮自身的優(yōu)勢，要進一步的對掃描電鏡進行研究。在此背景下，文章針對掃描電鏡在金屬材料檢測中的應用進行了分析和探討。

關鍵詞 金屬材料;檢測分析;掃描電鏡;應用

引言

在對金屬材料進行研究和分析時，掃描電子顯微鏡起著重要的作用。電子顯微鏡的官方產(chǎn)品是由英國劍橋科學儀器公司開發(fā)的，如今掃描電鏡能夠配合能譜儀、波譜儀等配件進行使用。掃描電子顯微鏡與電腦圖像顯示及軟件分析相結合，可以很好地觀察樣品的宏觀及微觀形式，并且進行相應的定性及定量分析，所以它能夠很好地把形貌與元素進行對應，因此在對材料進行研究和分析時，掃描電鏡是一種非常有效的設備[1]。

1掃描電鏡的原理

掃描電子顯微鏡結合電子光學、真空和最新的電腦控制技術。在具體工作過程中使用二次電子或者是背散射電子進行成像，基于掃描電子顯微鏡，開發(fā)出了宏觀斷口學以及顯微斷口學。電子光學的一部分是聚光鏡和物鏡構成的。釋放電子時使用的是電子槍，電子的交叉點可以作為電子源使用，在第二次電容器和物鏡的作用下形成一定量的能量和束流強度。在特定的掃描過程中，會在掃描線圈的作用下進行網(wǎng)格掃描，并通過入射電子和試樣的相互作用獲得二次電子，以及背散射電子等信息。上述信息的二維強度是會發(fā)生變化的，這主要是因為其受到了試樣表面特征的影響，收集到的信息可以轉(zhuǎn)換成特定的視頻信號，反映樣品表面狀態(tài)的圖片是通過圖像管的動機掃描獲得的[2]。

2現(xiàn)代掃描電鏡的發(fā)展

（1）低電壓掃描電鏡。在對電子束流進行加速時，電壓如果在1kV左右，那么就成為低點呀。在此情況下，如果非導體樣本沒有經(jīng)過導電處理，就可以減少充電效果，與此同時，試樣所受到的輻照損傷也會減小，并且還會收到很多二次電子的信息，這時圖像信息的敏感度就會提高，并且也提高了邊緣效果，對半導體及非導體的分析也會更有幫助。物鏡的球像差隨加速電壓的減少而增加，此時圖像的分辨率就會受到一定的影響，這也是低電壓工作模式的不足之處。

（2）低真空掃描電鏡。在解決不導電試樣分析時，低真空是一種分析模式。在此過程中會在一級壓差光欄的作用下實現(xiàn)兩級真空。在此過程中，電子束的發(fā)射靠的是電子室，電子束聚焦靠的是鏡筒，要確保上述兩個部位處于高真空狀態(tài)，在具體工作時要使用機械泵以及擴散泵來協(xié)助。樣品室的真空狀態(tài)要求不是太高，在高空狀態(tài)下進行工作時，機械泵能夠有效地在樣品室中進行工作。聚焦電子束會進入到低真空樣品室中，并且在空氣分子的作用下會發(fā)生電離現(xiàn)象，與此同時，在附加電場的作用下，非導體表面的充電現(xiàn)象會有所消除，這樣在自然狀態(tài)下就有利于對非導體進行觀察，在對陶瓷、生物以及化工等材料進行研究和分析時，該方法起著重要的作用。

（3）環(huán)境掃描電鏡。上面提到的掃描電鏡樣品室的真空壓力是400。隨著科學和技術的不斷發(fā)展，一些制造企業(yè)形成了這種低真空壓力達到2600的情況。所以樣本可以融入更多的分子，此時可以向樣品室注入水蒸氣或者是混合氣體，與高溫或低溫樣品站結合，可模擬樣品周圍的環(huán)境，然后在掃描電鏡的作用下，能夠很好地反映出環(huán)境條件下試樣的變化[3]。

3在對金屬材料進行檢測時，掃描電鏡的具體應用

（1）微觀組織觀察。在對常規(guī)組織進行觀察時，可以使用光學顯微鏡，在這個過程中可以看到分布比率，但是光學顯微鏡的倍率是有一定限度的，所以對片層結構、針狀結構等很難觀察。而掃描電鏡能夠更大范圍的對倍數(shù)進行放大，并且可以做到連續(xù)可調(diào)，這樣就能夠?qū)︼@微組織和宏觀形貌進行有效的觀察。在對珠光體組織進行觀察時，為了得到其片層間距的大小，可以對珠光體片層結構進行放大，然后再利用相關軟件，每層之間的距離進行計算。

（2）點掃描。夾雜物的種類隨著施工工藝的不斷改進和完善出現(xiàn)了多樣性的特征，在光學顯微鏡下，存在不清楚的夾雜物類型，具有能量光譜儀的掃描電子顯微鏡對其進行觀察時，可以明確夾雜物的化學組成和含量。在具體觀察過程中，可以對夾雜物的二次電子成像以及化學元素等進行分析，X70管線鋼的非金屬介物的一個掃描，所示雜物由鎂、鋁、鈣和硅酸鹽組成。夾雜物在斷口形貌上掃描的圖像，通過能量光譜得出分析結果，夾雜物是Al2O3和MnS的化合物，其直徑相對較小，很可能是煉鋼過程中夾雜的，幾乎不會影響材料的可塑性。當一個大的夾雜物出現(xiàn)在斷口上時，那么很可能會導致材料的斷裂[4]。

（3）斷口分析。在掃描電子顯微鏡下，景深是可控制的性能指數(shù)，可以聚焦高低不均勻的標本。由于景深比較大，所以能夠很好地對實驗斷口以及現(xiàn)場失效斷口等進行分析，在此過程中不需要對端口試樣進行破壞或者是制樣等，這也是掃描電鏡所具有的使用優(yōu)勢。

4結束語

由以上可知，掃描電鏡（SEM）是比較常用的一種材料分析手段，并且它具有很大的使用優(yōu)勢，所以有關部門要重視對其進行研究和應用。

參考文獻

[1] 傅俊超，李莉萍，李艷.掃描電鏡在金屬材料檢測中的應用[J].建筑工程技術與設計，2019（6）：4531.

[2] 張麗娟.掃描電鏡在金屬材料檢測中的應用分析[J].建筑工程技術與設計，2019（22）：3698.

[3] 赫濤，周淵名，唐亮.掃描電鏡在金屬材料檢測中的應用[J].商品與質(zhì)量，2017（2）：190-191.

[4] 寇沙沙，李智麗，靳燕.掃描電鏡在金屬材料檢測中的應用[J].包鋼科技，2016，42（1）：42-46.