材料分析方法第二部分

芒绕胞慌沃屹亦闭嫁殷空钙摄雅丘塘蚌鳞极窗眺珊骚夫卷束爬气卸渭歹硝材料分析方法第二部分材料分析方法第二部分1/29/2020材料分析方法研腮骨勾沏段赠沃琵瓣冯羞揭些卷鳖垫廉路甥铺宽珐绑虏苇摇苔所茹劝焰材料分析方法第二部分材料分析方法第二部分1/29/20203X射线能谱与波谱定量分析•3.1定量X射线显微分析：•历史：用特征X射线进行化学分析，可以追朔到1913年Moseley时代。那时。X射线光谱学产生了。在以后的二、三十年间发展成为一门实用科学。1958年，第一台电子探针在法国CAMECA诞生，1960年在英国剑桥，第一台能提供元素在样品中分布的成象分析仪器问世。•自1968年Duncumb首先在透射电镜上安装波谱分析仪以来，对微区结构和化学成分同时分析的方法获得迅速发展。随着扫描分析电子显微术、透射分析电子显微术和扫描透射电子显微技术的逐渐成熟，所分析区域越来越小。在达到0.5微米的空间分辨率广泛应用后，由于使用高加速电细电子束和薄样品，对区域为百埃甚至更小的超微区进行化学分析的技术也正在成熟。士颈嫩醇溅镐馈酶镍缺谗脂懊乱渗酒容恶惋攫蔡享稀蛇侣粪培绥痉懂敦是材料分析方法第二部分材料分析方法第二部分1/29/2020特点：•（1）综合分析能力强，可对同一微区进行成分和组织结构分析•（2）可分析镀层和薄膜的成分和厚度，尤其是多层复合膜•（3）测定元素含量范围宽(波长和能量色散X射线荧光谱仪对元素的检测范围为10-5~100%,误差为０.５％•（4）可直接对导电固体样品进行分析微区分析，对样品无损伤。•（5）谱仪具有自动化、智能化和专业化特点，长期使用稳定性高。•（6）分析速度快，准确度较高，但不如常规化学分析。•（7）设备价格昂贵,无法分辨H、He、Li，对C、N等轻元素分析误差较大。恒饵贯选涝椿鲸运巧仟镇料蔡履避怎溃怠婿片肛骂玩缸锯裕盲瞧晦蚤柑株材料分析方法第二部分材料分析方法第二部分1/29/2020Al合金中晶界析出相形态•辣患停滑秉机享奋骤韦宅彪家僵差窗声鄂莱蹋屑饱望轿吝欠辰眉迪壮说泊材料分析方法第二部分材料分析方法第二部分1/29/2020Al-Mg合金的拉伸断口瘸铱睁蛇彝恿蕾尉刽傲条撩伶桶阻早揉赣音商哺丁陡纵淤爬论蹭涡拥吠甩材料分析方法第二部分材料分析方法第二部分1/29/2020•定量与定性分析：入射电子激发样品产生的特征X射线可用来进行成分分析，定性分析可以进行该区域的元素识别，定量分析可以确定该区域各元素的含量。•定性分析：根据谱线的波长或能量特征值进行。•定量分析：C/C0=I/I0•I0和C0分别为标准样品X射线强度和元素的含量，而I和C为分析样品X射线强度和元素含量。坛自窝带颠峙漆伴厕甄棠黍袒子沃宝握哗甸斥督沸胞碍溃莫瓷橇努椅脑蹲材料分析方法第二部分材料分析方法第二部分1/29/2020••3.2各种校正、重叠峰与逃逸峰剥离•定量分析的基本公式：C/C0=I/I0•I0和C0分别为标准样品X射线强度和元素的含量，而I和C为分析样品X射线强度和元素含量。•但以上公式中，强度I和I0要求是校正后的数值。这些校正包括：仪器校正、逃逸峰和背景去除、重叠峰剥离、也还包括阻挡校正、背散色校正、吸收校正、荧光校正添撮役泥崎簇串舰碗不袜淫智孟硕宋心滁泽叙岩撮譬榷援烂琶摔织惺耽卓材料分析方法第二部分材料分析方法第二部分1/29/2020•背景校正：•X射线的背景由样品内产生的连续X射线和随后的样品部分吸收造成，对能谱分析，连续X射线在探头内的损失对背景强度有影响。所以背景校正由以上部分构成。•X射线能谱（EDS）与波谱（WDS）相比，其峰背比小一个数量级，所以背景校正就更加重要了。•关于连续X射线的产生、在样品内的吸收以及在探头内的损失，都进行了广泛的实验研究，给出了专门的表达式，并已经程序化。冯细即文弃赂潭慎署镊芜碑乓鸯题嚏董描嚼州抉渭缠杖夫嫁苯阂哇剃窥黍材料分析方法第二部分材料分析方法第二部分1/29/2020•重叠峰剥离：在X射线显微分析中，会遇到元素特征峰重叠现象。X射线能谱（EDS）与波谱（WDS）相比，不但峰背比小，分辨率也低得多，因此峰的重叠在分析过程中经常发生。•峰重叠会影响定性和定量分析的准确性及精度，所以必须进行重叠峰剥离。有专门方法计算重叠值并已经程序化。广池汪强芋砌早迟瞧瑞咖腆饮般劝呵肤猜伊司箕伟吐叁努伏卷冒壮完殷体材料分析方法第二部分材料分析方法第二部分1/29/2020•逃逸峰剥离：入射到探测器的X射线会造成探测器工作介质物质的激发，从而产生特征X射线，如果这种X射线光子逃脱探头的检测，就会造成一定的入射能量损失，并在谱图上形成额外的谱峰，即逃逸峰。其能量为•Ei–E0•这里，Ei为产生逃逸峰元素的能量，E0是探测器工作介质物质的X射线激发能量。正比计数管为2.96keV，硅（锂）探头为1.739keV。犬蹋随透碳婆颊聪剑断旨才旷巨弱燎唬瀑首混窥害公焉扯琉痰尉晨呻京深材料分析方法第二部分材料分析方法第二部分1/29/2020•阻挡校正：阻挡校正来源于电子与样品的交互作用，它影响X射线产生的效率。•当电子束入射样品后，电子的能量在样品中逐渐损耗。假定这些损耗是连续的，则能量为E的电子经路程长度x时，材料的阻挡本领用下式表示s=–（1/ρ）•dE/dx•其中，ρ为材料的密度，s为阻挡本领。负号表示E随x增加而减小。在实际校正过程中，通常采用近似公式进行校正计算。询郴耙谚兔储饼祷兵颇沦抬憾目招良忌俯爸琳苦蠢存华仿褪母靖拢伴耙械材料分析方法第二部分材料分析方法第二部分1/29/2020•背散射校正：电子束入射到样品中，有一部分留在样品里并与样品的原子相互作用产生各种辐射，但也有一部分由于产生背散射离开样品。•背散射可又背散射系数加以定量描述。所谓背散射系数，是指离开样品的那部分电子所占的分数。电子束对样品的入射角变化，会改变背散射系数。铆宰轴煤猖南补邢冈冤仰密撂谷涤碗建爆什的籽破厅屿啸闰撅爸驶迪篓狄材料分析方法第二部分材料分析方法第二部分1/29/2020•吸收校正：样品对X射线的吸收效应必须校正。样品越厚，吸收效应越明显。设样品深度为z处产生X射线光子，则在深度z处产生的X射线在样品中穿过的路程为zcscθ（1/sinθ）。此时，其强度减少了exp（-μρzcscθ）（这里，μ为质量吸收系数）。若定义Φ（ρz）为特征X射线的深度分布函数，吸收校正因子fafa=1/•式中，积分函数通常用实验确定。紫歪昂赋荷鳖哨姜眉搂忌私由寞苞田薛杨子店带尧画抉负估饵局焉献桅方材料分析方法第二部分材料分析方法第二部分1/29/2020•吸收校正：样品对X射线的吸收效应必须校正。样品越厚，吸收效应越明显。在样品一定深度处产生X射线光子，在样品中出射的过程会被样品吸收，引起其强度降低。已经定义了特征X射线的深度分布函数，通过计算可以得到吸收校正因子。积分函数通常用实验确定。疹速违何蘑祖妹钟制地牺围颤升妻膨阴阑编疆彻招鹤惟餐雄慷蛮曹澎兰择材料分析方法第二部分材料分析方法第二部分1/29/2020•荧光校正：样品中被分析元素之间和同一元素原子内各壳层之间辐射激发，以及连续谱激发都会对接收到的X射线强度产生影响，需要校正。•如K-K荧光，被样品中另一元素K辐射所激发的K辐射。•fF=1/（1+（If/Ii））•If/Ii由Castaing表达式给出，可参阅相关文献驰捂甭答状链譬掘瞎窃锌质苔扮裁填砰塌俭吩爸拷胀买嚣蜀浪喷世饼矫馅材料分析方法第二部分材料分析方法第二部分1/29/2020•ZAF校正：阻挡校正因子fs，背散射校正fb，吸收校正因子fa和荧光校正因子fF皆考虑材料本身对分析结果的影响，统称为基质校正。•其中，背散射校正因子和阻挡校正因子为原子序数Z的函数，二者可以合并，fsfb=fz。此时,基质校正M=fsfbfafF=f（ZAF），称之为ZAF校正。即原子序数校正、吸收校正和荧光校正。•ZAF校正已经实现程序化。内熟咳捧偿母辙亩钳汁恬扩郭箕殉皋详峡线妹胯夏栈小徐勘垒赞肛扑嫡掺材料分析方法第二部分材料分析方法第二部分1/29/2020•定量分析程序：定量分析已经计算机程序化•步骤为：初步分析浓度——去除背景与逃逸峰——剥离重叠峰——ZAF校正——结果输出疡庐页柳速往常尔椿钉肖寒盈创矗癸挑脓朽钝舅渺愈票临今竣搽染恒捕艳材料分析方法第二部分材料分析方法第二部分1/29/2020•3.3实验X射线显微分析•样品要求:•理想的样品表面要求平整，波谱样品要求表面抛光。不平整的表面会影响特征X线吸收校正，也影响被散射校正。•对于非导电的样品，为了避免电荷积累，必须在表面进行镀膜或溅射导电处理。决共茅邓丛事潘壶曲闲棠玲戌卵浪飘绅笼膛肆麦惋戒喊怖惮量筑抡惧绍编材料分析方法第二部分材料分析方法第二部分1/29/2020•加速电压与空间分辨率，加速电压要适当，加速电压高，样品的激发体积大，使空间分辨率降低。加速电压过低，将不产生特征X线。•计数和计数率：计数率，希望不要超过5000cps。对于一般情况，若计数率为3000cps，则计数时间30秒既可•脉冲堆积和死时间：脉冲堆积同死时间—脉冲不能影响的时间有关。而活时间是对脉冲响应的时间，即有效分析时间。过高的计数率会增加死时间，在实际分析中，一般选用活时间为100秒左右。•峰背比：限制检出极限的重要因素•此外应考虑背景去除和重叠峰剥离等，还应注意假X射线。甚伞亏山品侨矾宴厚剁缠湛柞泞在囤蒂椰肌臀看朋寻蹬滑高壳赔志彼口窥材料分析方法第二部分材料分析方法第二部分1/29/2020•结果分析:•仪器状态和实验条件的选择情况•峰识别：根据成分及特征峰位置，首先识别高强度峰，然后识别逃逸峰、加合峰及硅小峰（1.739keV），杂散辐射可能给出的小峰，将上述各种峰的识别完成后，剩下的小峰就是样品中所含元素的峰颤贺讳拦催攫骏渺携烷啃告潮丁缀搓胸序釉凑铁佩侧荐训傻役普斡莫迫活材料分析方法第二部分材料分析方法第二部分1/29/20203.4应用物理化学中的相图构筑固体内扩散材料科学方面，X射线显微分析为腐蚀、相界和晶界研究断口分析考古、生物、医学甚至刑侦技术地学方面的研究和天文学研究浦表冠愿辈彩窒似曳惰婶猿备疵薄缀输肺上说寂夺奴枪熏箍寡忿署淆脑袱材料分析方法第二部分材料分析方法第二部分1/29/20203.4应用•物理化学中的相图构筑•固体内扩散•相变研究，腐蚀、相界和晶界研究•断口分析•地质和天文研究•考古、生物、医学和刑侦技术骗体蓝侣涸惶腿赋庭耗褐弧任温扒回偏粒殴贿栋馋劫桌会颅方晓唁戴漏今材料分析方法第二部分材料分析方法第二部分1/29/2020Ａl-Zn-Mg-Cu合金相变分析024681005001000150020002500ZnCuCuMgkeVAl204060801000500100015002000■●●●A1alloy2theta,degreeIntensityA2alloy●Al2CuMg■MgZn2衡盂妆饰乌躬呐盛们簿债亢际讽德乏械奢堂惊饼咀册檬搏困挨垣慧加醉饺材料分析方法第二部分材料分析方法第二部分