Application du microscope électronique à balayage à l'analyse des matériaux

Depuis la sortie du premier microscope électronique à balayage commercial en 1965, après 40 ans d'amélioration continue, la résolution de la microscopie électronique à balayage est passée de 25 nm du premier à 0,01 nm. La plupart des microscopies électroniques à balayage peuvent être combinées avec un spectromètre à rayons X et un spectromètre d'énergie à rayons X, qui est devenu une analyse complète du micro-monde de surface. Instrument multifonctionnel de microscopie électronique. La microscopie électronique à balayage (MEB) est devenue un outil puissant largement utilisé dans divers domaines scientifiques et secteurs industriels. La microscopie électronique à balayage (SEM) a été largement utilisée dans de nombreux domaines, tels que la géologie, la biologie, la médecine, la métallurgie, le traitement mécanique, les matériaux, la fabrication de semi-conducteurs et l'inspection des céramiques.

La microscopie électronique à balayage (MEB) joue un rôle extrêmement important dans le domaine des matériaux. Il est largement utilisé dans l'étude de la morphologie, de l'état de l'interface, du mécanisme d'endommagement et de la prédiction des performances des matériaux de divers matériaux. La microscopie électronique à balayage (SEM) peut être utilisée pour étudier directement les défauts cristallins et leur processus de production. Il peut observer le mode d'agrégation des atomes dans les matériaux métalliques et leurs véritables frontières. Il peut également observer le mode de déplacement des frontières dans différentes conditions. Il peut également vérifier les dommages et les dommages causés par les radiations causés par le cristal lors de l'usinage de surface.

Principe de fonctionnement du microscope électronique à balayage

Le principe de fonctionnement du microscope électronique à balayage est illustré dans

Fig. 1 Schéma de principe du microscope électronique à balayage

Le microscope électronique à balayage (SEM) est composé de faisceaux d'électrons émis par un canon à électrons. Sous l'action d'une tension accélérée, les faisceaux d'électrons convergent à travers un système de lentilles magnétiques pour former un système optique électronique d'un diamètre de 5 nm. Après deux ou trois lentilles électromagnétiques, les faisceaux d'électrons convergent en un mince faisceau d'électrons focalisé sur la surface de l'échantillon. Une bobine de balayage est montée sur la face supérieure de la lentille finale, sous laquelle le faisceau d'électrons est balayé sur la surface de l'échantillon. En raison de l'interaction entre les faisceaux d'électrons à haute énergie et les matériaux de l'échantillon, différents types d'informations sont générés : électrons secondaires, électrons de rétro-réflexion, électrons d'absorption, rayons X, électrons Auger, cathodoluminescence et électrons de transmission. Ces signaux sont reçus par le récepteur correspondant, amplifiés et envoyés à la grille du tube image pour moduler la luminosité du tube image. Du fait que le courant sur la bobine de balayage correspond à la luminosité du tube image, c'est-à-dire que lorsque le faisceau d'électrons frappe un point de l'échantillon, une tache lumineuse apparaît sur l'écran du tube image. De cette façon, la microscopie électronique à balayage (SEM) utilise une méthode d'imagerie point par point pour convertir les différentes caractéristiques de la surface de l'échantillon en signaux vidéo proportionnellement afin de compléter une trame d'images, de sorte que nous puissions observer diverses images caractéristiques de la surface de l'échantillon sur l'écran fluorescent.

Annexe du microscope électronique à balayage

La microscopie électronique à balayage (MEB) est généralement équipée d'un spectromètre ou d'un spectromètre d'énergie. Le spectromètre utilise l'équation de Bragg 2dsin (= () pour exciter les rayons X de l'échantillon et les séparer par des cristaux appropriés. Les rayons X caractéristiques avec différentes longueurs d'onde auront des angles de diffraction différents de 2 (). Le spectromètre est un outil puissant pour Analyse des composants de micro-zone La résolution de longueur d'onde du spectromètre est très élevée, mais sa gamme d'applications est limitée en raison de la faible utilisation des rayons X. Le spectromètre d'énergie est une méthode d'analyse d'éléments basée sur la différence d'énergie du quantum de rayons X Pour un élément, lorsque le quantum de rayons X transite de l'estomac du nombre quantique principal N1 au nombre quantique principal n2, il existe une énergie spécifique (=(n1-(n2). Le spectromètre à dispersion d'énergie a une résolution élevée et une vitesse d'analyse rapide , mais sa capacité de résolution est médiocre. Il y a souvent des lignes qui se chevauchent et la précision de l'analyse des éléments pour un faible contenu est très faible.

Les spectromètres et les spectromètres d'énergie ne peuvent pas se remplacer, mais se complètent.

Application du microscope électronique à balayage en science des matériaux

Observation de la morphologie de surface des matériaux

FIGURE 1 MORPHOLOGIE SEM DE LA SURFACE DE PELAGE LATÉRALE LAMINÉE À CHAUD Mg

La morphologie SEM de la surface de pelage côté Mg d'une tôle plaquée Al-Mg laminée à chaud (température de laminage 400 C, taux de réduction 45%) est illustrée à la figure 1. D'après le graphique, nous pouvons clairement voir qu'il y a beaucoup de bords et de plates-formes de déchirure sur la surface de pelage, et il y a de nombreuses petites rayures radiales et fossettes sur la plate-forme de déchirure.

Deuxième phase d'observation du matériel

Figure 2 Microstructure haute puissance de l'alliage de magnésium AZ31 par SEM

On peut clairement voir sur la figure 2 que la taille de la deuxième phase Mg17Al12 après fragmentation est d'environ 4 m et qu'il existe de nombreuses petites particules dispersées près du Mg17Al12 "en vrac" d'une taille d'environ 0,5 m. Il s'agit de la deuxième phase Mg17Al12 précipitée à partir de la solution solide sursaturée de base a-Mg lors du processus de refroidissement après laminage à chaud, montrant la finesse de cette distribution morphologique. Le Mg17Al12 biphasique peut efficacement inhiber le mouvement de dislocation, améliorer la résistance du matériau et jouer le rôle de renforcement de la dispersion, mais ne réduira pas de manière significative la plasticité de l'alliage de magnésium AZ31.

Observation de l'interface matérielle

Figure 3 Balayage des lignes d'interface de roulement Mg/Al [1]

La figure 3 est une image à balayage linéaire de l'interface composite de roulement Mg/Al. D'après le graphique, nous pouvons voir que le balayage linéaire à travers l'interface entre Mg et Al peut être obtenu. Côté Al, la teneur en Mg est faible, et côté Mg, Al est quasiment nulle. Cependant, à l'interface, environ la moitié de Mg et Al se produisent, indiquant que la diffusion se produit à l'interface, formant Mg et Al. Couche de diffusion.

Observation de rupture de matériau

(a) Tel que coulé  

 (b) Laminé à chaud

Figure 4 Morphologie de rupture de traction de l'alliage de magnésium AZ31

La morphologie de balayage SEM de la fracture de traction de l'alliage de magnésium AZ31 brut de coulée est illustrée à la Fig. 3-6. Sur la figure 4 (a), on peut voir qu'il existe des plates-formes de fracture par clivage évidentes et quelques fossettes au point de déchirure final, qui sont essentiellement une fracture de quasi-clivage avec une faible plasticité. En effet, il existe une grande seconde phase fragile Mg17Al12 à la limite des grains de l'alliage de magnésium AZ31 brut de coulée, qui est facile à fissurer et à former une source de fissures lors de la déformation en traction. La morphologie de fracture de l'alliage de magnésium AZ31 laminé à chaud montre un phénomène de striction évident. Comme le montre la figure 4 (b), la morphologie de macro-fracture de l'alliage de magnésium AZ31 montre une morphologie de fracture ductile avec une taille de fossette allant de 5 à 20 m.

Remarques finales

La microscopie électronique à balayage (MEB) est largement utilisée en science des matériaux. Il peut être utilisé non seulement dans les aspects ci-dessus de la science des matériaux, mais également dans la rupture par fatigue des métaux et l'observation morphologique des impuretés. En tant qu'étudiant spécialisé dans les matériaux, nous devons comprendre le principe de fonctionnement et l'application de la microscopie électronique à balayage, et utiliser pleinement l'outil de microscopie électronique à balayage dans notre recherche scientifique pour mener une étude complète et méticuleuse des matériaux.