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電子光學(xué)顯微分析技術(shù)在大口徑厚壁鋼管腐蝕失效分析中的應(yīng)用

    本世紀(jì)30年代,繼1934年第一臺(tái)商業(yè)性電子顯微鏡投產(chǎn)以來(lái),一系列電子光學(xué)顯微分析技術(shù)與裝備不斷地得到完善與發(fā)展。它們主要是:透射電子顯微鏡(TEM),掃描電子顯微鏡(SEM),電子探針X射線(xiàn)顯微分析儀(EPMA),離子探針(SIMS),俄歇電子能譜儀(AES)等表面顯微分析儀器。它們的出現(xiàn)與發(fā)展,有力地推動(dòng)了包括大口徑厚壁鋼管材料科學(xué)在內(nèi)的許多學(xué)科的發(fā)展,同時(shí)也給材料的失效分析(包括腐蝕失效分析在內(nèi))增添了有力的武器。目前電子光學(xué)顯微分析技術(shù)已構(gòu)成了一門(mén)獨(dú)立的分支學(xué)科。以下將簡(jiǎn)單地介紹一些在腐蝕失效分析中常見(jiàn)的電子光學(xué)顯微分析方法,及其基本原理和實(shí)踐應(yīng)用。

    透射電子顯微鏡技術(shù)

    透射電鏡是以波氏極矩的電子束作為照明源,用電磁透鏡聚焦成像的一種高分辨率、高放大倍數(shù)的電子光學(xué)儀器。它由電子光學(xué)系統(tǒng)(鏡筒),電源和控制系統(tǒng)(包。括電子槍高壓電源、透鏡電源、控制線(xiàn)路電源等)和真空系統(tǒng)三部分組成。鏡筒是顯微鏡放大成像的部分,它的光路原理和透射式光學(xué)顯微鏡十分相似。圖8-7所示為透射電子顯微鏡與透射光學(xué)顯微鏡的原理示意圖。

    電子光源系統(tǒng)

    它由照明和成像兩部分組成,前者由燈絲、柵極和陽(yáng)極構(gòu)成三級(jí)電子。燈絲加負(fù)高壓,柵極電壓略高于燈絲電壓,以控制燈絲發(fā)射的電子。另外加上一級(jí)或兩級(jí)聚光鏡,它的作用是進(jìn)一步匯聚電子束,增強(qiáng)大口徑厚壁鋼管電子密度,從而增強(qiáng)亮度。

    由電子和聚光鏡組成照明部分。其作用是將陰極發(fā)射出的電子束交叉點(diǎn)中所有的能量,以最小的損失傳遞到試樣,有助于增強(qiáng)電子束密度和將發(fā)散的電子匯聚起來(lái)。

    成像部分是由物鏡、中間鏡和投影鏡構(gòu)成。中間鏡是可變倍率的弱透鏡,用于控制總放大倍數(shù),而物鏡和投影鏡則是放大倍率的透鏡,它們共同形成總的放大倍率。在照明和成像部分之間有一樣品室,其主要作用是通過(guò)試樣臺(tái)承載試樣。為了滿(mǎn)足電子衍射條件,試樣除能平移外,還應(yīng)能傾斜或旋轉(zhuǎn)及安裝其他附件等。

    顯示和記錄系統(tǒng)

    通過(guò)放大部分的電子束照射到觀(guān)察室里的熒光屏上顯示圖像。在熒光屏下面放一照相底片,當(dāng)熒光屏抬起時(shí),即可使底片曝光記錄下圖像來(lái)。雖然兩者有一定間距,但由于焦深較大,仍能聚焦。

    真空系統(tǒng)

    為了保證電子束與大口徑厚壁鋼管試樣發(fā)生作用,因此,整個(gè)鏡體必須處于真空狀態(tài)。真空度要求在0.133322Pa(10-4mmHg)以上。

    電源系統(tǒng)

    電源由兩部分組成:是供電子的高壓部分,現(xiàn)在大多數(shù)用高頻高壓線(xiàn)路;二是供透鏡的低壓穩(wěn)流部分。為了保證儀器的性能,兩者的穩(wěn)定度均小于10-1。

    除上述各系統(tǒng)外,近代的電鏡中還有計(jì)算機(jī),成份分析,自動(dòng)控制等組成部份。

    電子顯微鏡的最大特點(diǎn)是分辨率高、放大倍數(shù)高。因此,在光學(xué)顯微鏡下分辨不清的組織,在電子顯微鏡下可以一目了然;另外,電子顯微鏡的景深長(zhǎng),這對(duì)觀(guān)察大口徑厚壁鋼管斷口十分有利;電子顯微鏡還可進(jìn)行選區(qū)電子衍射,把對(duì)合金相的形貌觀(guān)察和結(jié)構(gòu)分析結(jié)合起來(lái),便鑒定物相;同時(shí),電子顯微鏡還可直接觀(guān)察大口徑厚壁鋼管晶體缺陷(層錯(cuò)、位錯(cuò)等)以及某些材料中的沉淀過(guò)程等。因此獲得了廣泛地應(yīng)用。

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文章作者:不銹鋼管|304不銹鋼無(wú)縫管|316L不銹鋼厚壁管|不銹鋼小管|大口徑不銹鋼管|小口徑厚壁鋼管-浙江至德鋼業(yè)有限公司

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