島津場發射型電子探針顯微分析儀對金屬材料疲勞斷裂面的分析

通常，金屬材料中的內部夾雜物可能成為疲勞源。為評價金屬材料的疲勞強度，本文使用場發射型電子探針顯微分析儀（島津EPMA-8050G）來觀察夾雜物微觀特征以及確定其所含元素分布情況。
斷裂面的狀態觀察


圖1金屬材料破面光學顯微鏡觀察

圖2 夾雜物SEI觀察

為了研究疲勞試驗后金屬材料的斷口特征，使用光學顯微鏡和EPMA-8050G進行觀察，如圖1、圖2所示，斷裂起源于內部的夾雜物。
夾雜物的分析
使用EPMA對該夾雜物成分進行面分析，如圖3所示，夾雜物主要含Al、Mn、O、S元素。為了判斷Al的化學結合狀態，可借助EPMA進行狀態分析，如圖4所示，通過比較夾雜物（圖3（b）的黃色○部）和標準樣品（Al、Al2O3）的Al Kβ線和sKα的峰形，可以確認夾雜物為Al2O3。面分析結果也顯示元素O和Al、S和Mn具有位置上一一對應關系，綜合以上分析，判定夾雜物為氧化鋁（Al2O3）和硫化錳（MnS）。




圖3 夾雜物的元素面分析
（a）SEI  （b）BSEI  （c）O元素分布 （d）Al元素分布 （e）S元素分布 （f） Mn元素分布

圖4  Al元素狀態分析
（上：Al Kβ線、下：Al sKα線）

島津公司高端場發射電子探針顯微分析儀EPMA-8050G具有以下特點：
①搭載高亮度肖特基發射體，實現大束流超高靈敏度分析（3.0 μA，加速電壓30 kV）；
②二次電子圖像最高分辨率3nm;
③52.5°的高取出角最大限度減少X射線被吸收；
④使用Johanson型全聚焦分光晶體，同時實現高靈敏度、高分辨率分析。