韋佳辰

摘 要 在對(duì)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(xué)技術(shù)水平的不斷發(fā)展和進(jìn)步，各個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域?qū)z測技術(shù)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(jìn)一步的對(duì)掃描電鏡進(jìn)行研究。在此背景下，文章針對(duì)掃描電鏡在金屬材料檢測中的應(yīng)用進(jìn)行了分析和探討。

關(guān)鍵詞 金屬材料;檢測分析;掃描電鏡;應(yīng)用

引言

在對(duì)金屬材料進(jìn)行研究和分析時(shí)，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(xué)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(jìn)行使用。掃描電子顯微鏡與電腦圖像顯示及軟件分析相結(jié)合，可以很好地觀察樣品的宏觀及微觀形式，并且進(jìn)行相應(yīng)的定性及定量分析，所以它能夠很好地把形貌與元素進(jìn)行對(duì)應(yīng)，因此在對(duì)材料進(jìn)行研究和分析時(shí)，掃描電鏡是一種非常有效的設(shè)備[1]。

1掃描電鏡的原理

掃描電子顯微鏡結(jié)合電子光學(xué)、真空和最新的電腦控制技術(shù)。在具體工作過程中使用二次電子或者是背散射電子進(jìn)行成像，基于掃描電子顯微鏡，開發(fā)出了宏觀斷口學(xué)以及顯微斷口學(xué)。電子光學(xué)的一部分是聚光鏡和物鏡構(gòu)成的。釋放電子時(shí)使用的是電子槍，電子的交叉點(diǎn)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(qiáng)度。在特定的掃描過程中，會(huì)在掃描線圈的作用下進(jìn)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(qiáng)度是會(huì)發(fā)生變化的，這主要是因?yàn)槠涫艿搅嗽嚇颖砻嫣卣鞯挠绊懀占降男畔⒖梢赞D(zhuǎn)換成特定的視頻信號(hào)，反映樣品表面狀態(tài)的圖片是通過圖像管的動(dòng)機(jī)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(duì)電子束流進(jìn)行加速時(shí)，電壓如果在1kV左右，那么就成為低點(diǎn)呀。在此情況下，如果非導(dǎo)體樣本沒有經(jīng)過導(dǎo)電處理，就可以減少充電效果，與此同時(shí)，試樣所受到的輻照損傷也會(huì)減小，并且還會(huì)收到很多二次電子的信息，這時(shí)圖像信息的敏感度就會(huì)提高，并且也提高了邊緣效果，對(duì)半導(dǎo)體及非導(dǎo)體的分析也會(huì)更有幫助。物鏡的球像差隨加速電壓的減少而增加，此時(shí)圖像的分辨率就會(huì)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(dǎo)電試樣分析時(shí)，低真空是一種分析模式。在此過程中會(huì)在一級(jí)壓差光欄的作用下實(shí)現(xiàn)兩級(jí)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(gè)部位處于高真空狀態(tài)，在具體工作時(shí)要使用機(jī)械泵以及擴(kuò)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(jìn)行工作時(shí)，機(jī)械泵能夠有效地在樣品室中進(jìn)行工作。聚焦電子束會(huì)進(jìn)入到低真空樣品室中，并且在空氣分子的作用下會(huì)發(fā)生電離現(xiàn)象，與此同時(shí)，在附加電場的作用下，非導(dǎo)體表面的充電現(xiàn)象會(huì)有所消除，這樣在自然狀態(tài)下就有利于對(duì)非導(dǎo)體進(jìn)行觀察，在對(duì)陶瓷、生物以及化工等材料進(jìn)行研究和分析時(shí)，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(xué)和技術(shù)的不斷發(fā)展，一些制造企業(yè)形成了這種低真空壓力達(dá)到2600的情況。所以樣本可以融入更多的分子，此時(shí)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(jié)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(duì)金屬材料進(jìn)行檢測時(shí)，掃描電鏡的具體應(yīng)用

（1）微觀組織觀察。在對(duì)常規(guī)組織進(jìn)行觀察時(shí)，可以使用光學(xué)顯微鏡，在這個(gè)過程中可以看到分布比率，但是光學(xué)顯微鏡的倍率是有一定限度的，所以對(duì)片層結(jié)構(gòu)、針狀結(jié)構(gòu)等很難觀察。而掃描電鏡能夠更大范圍的對(duì)倍數(shù)進(jìn)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(jìn)行有效的觀察。在對(duì)珠光體組織進(jìn)行觀察時(shí)，為了得到其片層間距的大小，可以對(duì)珠光體片層結(jié)構(gòu)進(jìn)行放大，然后再利用相關(guān)軟件，每層之間的距離進(jìn)行計(jì)算。

（2）點(diǎn)掃描。夾雜物的種類隨著施工工藝的不斷改進(jìn)和完善出現(xiàn)了多樣性的特征，在光學(xué)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(duì)其進(jìn)行觀察時(shí)，可以明確夾雜物的化學(xué)組成和含量。在具體觀察過程中，可以對(duì)夾雜物的二次電子成像以及化學(xué)元素等進(jìn)行分析，X70管線鋼的非金屬介物的一個(gè)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(jié)果，夾雜物是Al2O3和MnS的化合物，其直徑相對(duì)較小，很可能是煉鋼過程中夾雜的，幾乎不會(huì)影響材料的可塑性。當(dāng)一個(gè)大的夾雜物出現(xiàn)在斷口上時(shí)，那么很可能會(huì)導(dǎo)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(biāo)本。由于景深比較大，所以能夠很好地對(duì)實(shí)驗(yàn)斷口以及現(xiàn)場失效斷口等進(jìn)行分析，在此過程中不需要對(duì)端口試樣進(jìn)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(jié)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(guān)部門要重視對(duì)其進(jìn)行研究和應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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

[2] 張麗娟.掃描電鏡在金屬材料檢測中的應(yīng)用分析[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，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(yīng)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(yīng)用[J].包鋼科技，2016，42（1）：42-46.