1、材料表面分析技術,外觀檢測 成分及組織結構分析 物理及力學性能檢測 耐蝕性檢測 耐磨性檢測,一、外觀檢測（visual examination ）,含義：肉眼、樣板或放大鏡,涂層外觀檢測要求： 涂層表面保持干凈； 檢測要全面、細致； 依據相關標準（QJ 990.2-1986 ）或技術要求。,不平整、針孔、氧化、脫皮、飛濺、表面裂紋、 剝落、麻點、鼓泡、縮孔、疏松、斑點、毛刺、擦傷等,表面缺陷的種類及特點：,涂層表面缺陷（surface defects ）檢測,二、表面結構的表征,表面成分分析 X射線光電子能譜、俄歇電子能譜、低能離子衍射普儀 表面結構測定 X射線衍射、電子衍射、中子衍射等 表面

2、形貌觀察 光學顯微鏡、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡等,X射線衍射（XRD）,各相物質均具有其獨具的晶體結構。 在給定波長的X射線照射下，每種晶體物質都形成自己特定的衍射花樣。 對于復相物質，其衍射花樣是各相物質衍射花樣的機械疊加。 將被測試樣的衍射花樣與一組標準單相物質的衍射花樣逐一對比，從而判斷其相組成。,X射線衍射分析的應用,物相定性分析 物相定量分析 點陣常數(shù)測定 應力測定 晶體取向測定,XRD物相定性分析的過程,獲得衍射花樣 計算面間距d 值和測定相對強度/1 檢索PDF卡片和核對PDF卡片 分析判定,XRD定量分析,常用的物相定量分析分析方法有三種： 1 外標法（單線條法） 它是用

3、分析相的純樣品的某一衍射線為標準 2 內標法 用摻入試樣內的某已知物相的衍射線為標準 3 直接對比法 用試樣中另一相的衍射線為標準,TiC涂層的XRD的譜線,俄歇電子能譜分析（AES）,俄歇電子能譜（AES）是用具有一定能量的電子束(或X射線)激發(fā)樣品俄歇效應，通過檢測俄歇電子的能量和強度，從而獲得有關材料表面化學成分和結構的信息的方法。,俄歇分析的選擇,對于Z14的元素，采用KLL俄歇電子分析； 1442時，以采用MNN和MNO俄歇電子為佳。,俄歇躍遷幾率及熒光幾率與原子序數(shù)的關系,Z15的輕元素的K系俄歇電子以及所有元素的L系和M系俄歇電子產額都很高。由此可見，俄歇電子能譜對輕元素的檢測特

4、別敏感和有效。,主要組成部分：電子槍、能量分析器、二次電子探測器、（樣品）分析室、濺射離子槍和信號處理與記錄系統(tǒng)等。,俄歇譜儀示意圖,直接譜與微分譜,直接譜：俄歇電子強度密度(電子數(shù))N(E)對其能量E的分布N(E)E。 微分譜：由直接譜微分而來，是dN(E)/dE對E的分布dN(E)/dEE。,俄歇電子能譜示例(銀原子的俄歇能譜),AES定性分析 實際分析的俄歇電子譜圖是樣品中各種元素俄歇電子譜的組合，定性分析的方法是將測得的俄歇電子譜與純元素的標準譜圖比較，通過對比峰的位置和形狀來識別元素的種類。 AES定量分析 俄歇電子強度與樣品中對應原子的濃度有線性關系，據此可以進行元素的半定量分析。

5、,成分深度分析,AES的深度分析功能是AES最有用的分析功能,主要分析元素及含量隨樣品表面深度的變化。,鍍銅鋼深度分析曲線,微區(qū)分析,微區(qū)分析也是俄歇電子能譜分析的一個重要功能，可以分為選點分析，線掃描分析和面掃描分析三個方面。,X射線光電子能譜(XPS),X射線光電子能譜（XPS）：激發(fā)源為X射線，用X射線作用于樣品表面，產生光電子。通過分析光電子的能量分布得到光電子能譜。用于研究樣品表面組成和結構。,XPS圖譜,如圖以Mg 為激發(fā)源得到 的Ag片的XPS 譜圖。圖中有 Ag3d3/2和Ag 3d5/2光電子兩 個強特征峰。 用于鑒別銀。,X射線光電子能譜儀 XPS儀由X射線激發(fā)源、樣品臺、

6、電子能量分析器、檢測器系統(tǒng)、超高真空系統(tǒng)等部分組成。,X射線光電子能譜儀,定性分析 不同元素的原子，其電子結合能不同，電子結合能是特征性的。因此，我們可以根據電子的結合能對物質的元素種類進行定性分析。 半定量分析 經X射線照射后，從樣品表面某原子出射的光電子的強度是與樣品中該原子的濃度有線性關系，因此，可以利用它進行元素的半定量分析。,X射線光電子能譜定性、定量分析,硅晶體表面薄膜的物相分析 對薄膜全掃描分析得下圖，含有Zn和S元素但化學態(tài)未知。,為得知Zn和S的存在形態(tài)，對Zn的最強峰進行窄掃描，其峰位1022eV比純Zn峰1021.4eV更高，說明Zn內層電子的結合能增加了，即Zn的價態(tài)變

7、正，根據含有S元素并查文獻中Zn的標準譜圖，確定薄膜中Zn是以ZnS的形式存在的。,宏觀形貌：體視顯微鏡、（數(shù)碼）照相機,手段：光學顯微鏡、電子顯微鏡（SEM、TEM） 目的：涂層微觀組織結構 過程：取樣鑲嵌磨制拋光腐蝕金相試樣觀察（OM、SEM或TEM）,顯微組織結構分析,SEM,SEM成像原理： 利用掃描電子束從樣品表面激發(fā)出各種物理信號來調制成象的。 物理信號：二次電子、背散射電子、俄歇電子、特征X射線等 SEM的特點 分辨本領高、放大倍率可連續(xù)變化、景深長、視野大、成像富有立體感、試樣制備簡單,掃描電鏡的構造,電子光學系統(tǒng) 信號的收集和圖像顯示系統(tǒng) 真空系統(tǒng),SEM試樣的制備,一般固體

8、材料的試樣制備都比較簡單 對于導電材料，只有幾何尺寸和重量的要求，具體大小因掃描電鏡的型號不同而有所差異 對于導電性差的材料或絕緣材料，通常要蒸鍍一層薄的導電材料，如金、銀、碳等,SEM的應用,二次電子形貌襯度應用斷口形貌分析,背散射電子原子序數(shù)襯度應用 背散射電子的信號即可以用來進行成分分析，也可以用于形貌分析，但是他進行形貌分析的分辨率遠比二次電子低 利用原子序數(shù)造成的襯度變化對金屬和合金進行定性的成分分析，試樣中重元素對應于圖像上的亮區(qū)，輕元素對應暗區(qū),TEM,TEM工作原理： 在一個高真空系統(tǒng)中，由電子槍發(fā)射電子束，穿過被研究的樣品，經電子透鏡聚焦放大，在熒光屏上顯示出高度放大的物像，

9、還可作攝片記錄的一類最常見的電子顯微鏡。 成像原理： 成像原理與光學顯微鏡相同，透視通過透鏡聚焦成像。 但也有區(qū)別：照明光源不同；聚焦透鏡不同；透射電鏡可形成電子衍射圖像；圖像顯示方式不同,TEM的結構 電子光學系統(tǒng) 照明系統(tǒng)、樣品室、 成像系統(tǒng)、觀察記錄系統(tǒng) 電源與控制系統(tǒng) 真空系統(tǒng),TEM試樣制備,影響因素：真空的影響、電子損傷的影響、電子束透射能力的影響 制備方法：直接透射法、復型法、切片法、離子刻蝕減薄法 TEM的應用 相分布 表面形貌 位錯、層錯、晶界、孿晶界等,TiC顆粒TEM形貌,透射電鏡下觀察到的雙相鋼中的位錯線,三、物理及力學性能檢測,1.厚度的測定,局部厚度和平均厚度檢測,

10、非破壞性檢測（無損檢測）：厚度測試儀 破壞性檢測方法：金相顯微鏡,厚度測試儀,過程：制備涂層斷面試樣，用帶有測微目鏡的金相顯微鏡觀察 特點：準確度高，判別直觀,金相顯微鏡法,2.硬度試驗,關系到涂層的耐磨性、強度及壽命等,宏觀硬度與顯微硬度,宏觀硬度（平均硬度）：布氏、洛氏和維氏硬度計，以涂層整體大范圍壓痕為測定對象,顯微硬度（相或顆粒的硬度）：顯微硬度計，以涂層中相或微粒為測定對象,Ni60熔覆層硬度隨熔覆溫度的變化曲線,3.結合強度（附著力）試驗,定義：單位表面積的涂層從基體或中間涂層上剝落下來所需要的力。 結合力不符合要求，涂層的使用壽命會降低,測量方法： 定性檢測，柵格試驗、彎曲試驗、

11、沖擊試驗、杯突試驗 定量檢測，抗拉強度試驗、剪切強度試驗,柵格試驗,原理：用硬質鋼針或刀片將涂層切斷至基體，使之形成一定尺寸的方形格子，涂層不應產生剝離,彎曲試驗,原理：矩形試樣，在萬能實驗機上三點或四點彎曲使其形成一定撓度（0.1%）,沖擊試驗,過程：用錘擊或落球對試樣表面的涂層反復沖擊，涂層在沖擊力作用下局部變形、振動、疲勞以至最終剝落,評價：以錘擊（或落球）次數(shù)評價涂層與基體結合強度,錘擊試驗：專用振動器，扁平沖擊錘 落球試驗：5-50mm鋼球，一定高度、傾斜角,抗拉結合強度試驗,定義：涂層與基體結合面承受法線方向拉伸應力的極限能力,國標：GB/T 8642-2002 熱噴涂抗拉結合強度

12、測定,涂層剪切強度試驗,定義：涂層與基體結合面承受切線方向剪切應力的極限能力 國標：GB / T 1 3 2 2 2 一91金屬熱噴涂剪切強度測試,四、耐蝕性檢測,目的：檢查涂層抵抗環(huán)境腐蝕的能力，考察其防護基體的壽命。,大氣暴露（即戶內外曝曬）試驗 目的：評定涂層在大氣環(huán)境下的耐蝕性 使用環(huán)境試驗 目的：評定涂層在使用環(huán)境中的耐蝕性 人工模擬和加速腐蝕試驗 目的：評定涂層耐蝕的性能,1.耐腐蝕性能的評定方法,重量法（增重法和失重法 ） 以試樣腐蝕前后的重量差來表征腐蝕速度 表面觀察法（宏觀觀測和顯微觀測） 宏觀觀測：就是對材料在腐蝕前后及去除腐蝕產物前后的形態(tài)做肉眼分析 顯微觀測：就是對受腐

13、蝕的試樣進行金相檢查或斷口分析，或者用掃描電鏡、透射電鏡、電子探針等做微觀組織結構和相成分的分析 電化學測試法。,通過SEM背散射模式觀察腐蝕試樣氧化膜界面的形貌,A890雙相不銹鋼的極化曲線,天然環(huán)境暴露試驗 人工加速模擬鹽霧環(huán)境試驗 中性鹽霧（NSS）試驗：83000h，PH6.57.5，5%NaCl 水溶液，35.01.1或35.01.7 醋酸鹽霧（AASS）試驗：140240h， 5%NaCl， 乙酸調整PH3.13.3，溫度同上 銅鹽加速醋酸鹽霧（CASS）試驗：6720h，3.8L 5%NaCl水溶液加CuCl2H2O，PH6.57.5， 49.01.1或49.01.7 交變鹽霧試

14、驗 ：實際上是中性鹽霧試驗加恒定濕熱試驗 。,2.鹽霧試驗,目的：用于考核產品、材料及其防護層抗鹽霧腐蝕能力,腐蝕膏：高嶺土中加入銅、鐵等腐蝕鹽類 三價鐵使涂層引起應力腐蝕 銅鹽使涂層產生點蝕、裂紋和剝落、碎裂等 氯化物的存在使涂層腐蝕加速,3.腐蝕膏腐蝕試驗（CORR）,國標：GB/T 6465-2008,過程：涂覆自然干燥潮濕箱清洗評定 特點：測試簡便、試驗周期短、重現(xiàn)性好,4. SO2工業(yè)氣體腐蝕試驗,以一定濃度的SO2氣體，在一定溫度和一定相對濕度下對涂層做腐蝕試驗,5.電化學測試,M398電化學綜合測試系統(tǒng) 組成：M283恒電位/恒電流儀、M1025頻率相應儀、腐蝕電池、計算機和打印系統(tǒng) 電化學極化研究 電化學阻抗研究,五、耐磨性檢測,1.磨料磨損試驗：,橡膠輪磨料磨損試驗,銷盤式磨料磨損試驗,砂紙或砂布裝在圓