CEM3000系列臺(tái)式掃描電鏡在金屬材料分析中的應(yīng)用

隨著科技的飛速發(fā)展，材料科學(xué)不斷突破傳統(tǒng)邊界，尤其是金屬材料的研究領(lǐng)域，已成為新興技術(shù)創(chuàng)新的關(guān)鍵。而高性能掃描電鏡（SEM）作為金屬材料分析的重要工具，正發(fā)揮著越來越重要的作用。在眾多掃描電鏡品牌中，CEM3000系列臺(tái)式掃描電鏡憑借其卓越的性能和廣泛的應(yīng)用范圍，成為許多科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)的選擇。

CEM3000系列臺(tái)式掃描電鏡在金屬材料的多種復(fù)雜分析中提供了精準(zhǔn)的解決方案。接下來，我們將從幾個(gè)具體應(yīng)用案例出發(fā)，詳細(xì)探討CEM3000系列臺(tái)式掃描電鏡在金屬材料分析中的出色表現(xiàn)。

01

磁性材料分析（銣鐵硼）

銣鐵硼（NdFeB）是一種常見的稀土永磁材料，廣泛應(yīng)用于高性能電機(jī)、傳感器以及磁性儲(chǔ)能裝置等領(lǐng)域。在銣鐵硼的相組成中，最核心的主相Nd2Fe14B。是一種具有四方晶體結(jié)構(gòu)的化合物，其獨(dú)特的電子排布使得它能夠在外界磁場(chǎng)的作用下，實(shí)現(xiàn)高度的磁化排列，展現(xiàn)出強(qiáng)大的磁性。

而其實(shí)銣鐵硼的組成并非僅有Nd2Fe14B相那么簡單，富銣相在銣鐵硼材料中扮演者“軟磁相”的角色，它的存在可以調(diào)整材料的磁疇結(jié)構(gòu)，提高磁性材料的矯頑力和磁能積。

通過CEM3000A臺(tái)式掃描電鏡高分辨背散射圖片可清晰觀察到“冰糖塊狀”的Nd2Fe14B晶粒結(jié)構(gòu)，以及富銣相分布在晶粒間。

圖 1銣鐵硼材料微觀形貌圖 2銣鐵硼材料元素面分布結(jié)果

02

金屬間化合物（IMC）分析

金屬間化合物（IMC）是指金屬與金屬、金屬與類金屬之間以金屬鍵或共價(jià)鍵結(jié)合形成的有序晶體結(jié)構(gòu)化合物。其是許多金屬合金體系中的關(guān)鍵組成部分，對(duì)材料的機(jī)械性能、耐蝕性等方面有著重要影響。特別是在電子封裝、焊接材料等領(lǐng)域，IMC的成分、形態(tài)和分布直接關(guān)系到產(chǎn)品的可靠性。

例如焊錫與被焊底金屬之間，在熱量足夠的條件下，錫原子和被焊金屬原子（如銅、鎳）相互結(jié)合、滲入、遷移及擴(kuò)散，形成一層類似“錫合金”的化合物。微小厚度的IMC可以穩(wěn)固焊料和基體的冶金結(jié)合，較厚的IMC在熱循環(huán)的作用下會(huì)引起界面處的應(yīng)力集中，導(dǎo)致脆性斷裂，從而引發(fā)性能的失效。

通過CEM3000A臺(tái)式掃描電鏡可清晰觀察到引腳焊接界面的IMC層并進(jìn)行厚度測(cè)量。結(jié)合能譜，可以觀察到焊料和基體的冶金結(jié)合的元素的變化趨勢(shì)。

圖 3低倍下金屬結(jié)合區(qū)域全貌

圖 4金屬間化合物特征尺寸測(cè)量

圖 5金屬間化合物元素線掃描結(jié)果

03

粒度分布與孔隙統(tǒng)計(jì)

粒度分布和孔隙結(jié)構(gòu)是金屬材料性能的重要決定因素，特別是在粉末冶金和鑄造等領(lǐng)域，粒度和孔隙的控制直接影響到金屬的強(qiáng)度、韌性和耐磨性。

CEM3000系列臺(tái)式掃描電鏡在粒度分布和孔隙統(tǒng)計(jì)方面的表現(xiàn)得到了廣泛認(rèn)可。通過高分辨率的成像能力，CEM3000能夠精準(zhǔn)地測(cè)量金屬粉末的顆粒大小、形狀及其分布情況。此外，其強(qiáng)大的軟件定制功能能夠?qū)饘俨牧现械目紫督Y(jié)構(gòu)進(jìn)行細(xì)致的統(tǒng)計(jì)分析，為優(yōu)化材料工藝、提高產(chǎn)品性能提供數(shù)據(jù)支持。

圖 6金顆粒樣品高倍數(shù)形貌觀測(cè)圖 7金顆粒樣品顆粒識(shí)別及統(tǒng)計(jì)

圖 8顆粒尺寸分布圖

04

斷口失效分析

金屬材料在使用過程中常常會(huì)出現(xiàn)失效現(xiàn)象，諸如裂紋、腐蝕、疲勞等。這些失效現(xiàn)象不僅會(huì)影響產(chǎn)品的質(zhì)量，還可能帶來嚴(yán)重的安全隱患。因此，對(duì)失效原因的精確分析至關(guān)重要。

CEM3000系列臺(tái)式掃描電鏡在金屬失效分析中發(fā)揮著重要作用。通過其超高的分辨率和先進(jìn)的分析功能，CEM3000能夠深入到金屬材料的微觀結(jié)構(gòu)層面，揭示裂紋的起始位置、腐蝕的擴(kuò)展路徑以及疲勞損傷的微觀機(jī)制等。無論是在金屬表面缺陷的識(shí)別，還是在內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的分析，CEM3000都能提供最為精確的診斷結(jié)果，幫助工程師找到失效根源并采取針對(duì)性改進(jìn)措施。

在下圖的案例中，該鋼絲斷口呈木紋狀組織，放大后可見一些帶狀?yuàn)A雜物。這些帶狀組織一般由鑄坯而來，經(jīng)軋制后演變成帶狀；軋制后的表面帶狀結(jié)構(gòu)在切應(yīng)力的作用下，性能下降，導(dǎo)致開裂。

圖 9鋼絲斷口樣品圖

選擇CEM3000系列臺(tái)式掃描電鏡，不僅是選擇一款先進(jìn)的分析設(shè)備，更是為您的金屬材料研究和開發(fā)注入創(chuàng)新動(dòng)力。探索微觀世界，助力材料創(chuàng)新，CEM3000系列臺(tái)式掃描電鏡愿與您攜手共進(jìn)，開啟金屬材料研究的新篇章！