镍基高温合金中微区定量分析检测方案(电子探针)

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SSL-CA14-970Excellence in Science Excellence in ScienceEPMA-024 岛津企业管理(中国)有限公司分析中心Shimadzu(China)CO.，LTD. Analytical Applications Centerhttp：//www.shimadzu.com.cn上海市徐汇区宜州路180号B2栋咨询电话：021-34193996Hotline：021-34193996Building B2， No.180 Yizhou Road， Shanghai 镍基高温合金电子探针定量分析方法探讨 《GB/T 15616金属及合金的电子探针定量分析方法》标准验证 EPMA-024 摘要：镍基高温合金具有良好的组织结构及蠕变性能，其成分体系复杂，合金元素种类多。本文以某牌号镍基高温合金为例，对标准《GB/T 15616金属及合金的电子探针定量分析方法》进行了验证，并对电子探针微区定量分析过程各环节控制要点，尤其是谱线选择处理技巧，进行了梳理及探讨，进而为相关从业人员提供供鉴及指导。 Co、Cr、W、Mo、Al、Ta、Ti等；镍基高温合金成分复杂，各元素之间特征X射线谱线不免发生重叠或干扰，因此，在利用电子探针对其进行微区定量分析时，需要格外注意。 本文利用岛津 EPMA-1720 型电子探针，以某镍基高温合金样品为例，对标准《GB/T 15616 金属及合金的电子探针定量分析方法》进行了验证及讨论。 1.1仪器 岛津电子探针显微分析仪(EPMA-1720) 1.2分析条件 加速电压：20kV 束流：形貌观察0.1nA、定性分析200nA、定量分析 20nA 测试时间：定性分析6min、定量分析 10s 强度单位： Counts 1.3样品前处理 参照标准《GB/T 15616 金属及合金的电子探针定量分析方法》，依次利用300#、600#、1000#及1500#砂纸进行磨制，利用金刚石抛光剂进行抛光，获得表面无污染、无磨痕等缺陷的抛光面，上机测试。 结果与讨论 标准《GB/T 15616 金属及合金的电子探针定量分析方法》规定，在对样品进行定量测试前，首先要进行定性分析。之所以要先进行定性分析是因为：1)通过定性分析获知样品中含有的所有元素种类；2)通过定性分析谱峰强度，推算定量分析时各元素所需积分时间及测试顺序；3)根据定性分析谱图，可确认定量分析时所设定 BG+、BG-处是否有干扰；4)通过定性分析谱图，可确认元素之间的重叠及干扰情况，以合理选择参与定量分析的特征谱线。图1为镍基高温合金背散射电子像，在红十字标示处位置进行定性分析，定性谱图及半定量结果如图2所示。 图1镍基高温合金背散射电子像(BSEI、500X) 图2定性谱图及半定量结果 由图2定性分析结果可见，样品中含有 Al、Ti、Cr、Co、Ni、Nb、Mo、Hf、Ta、W 等10种元素，据此，可确定参与定量分析的元素种类。 定量分析时，各元素的测量的先后顺序，一般依据以下原则：1)易产生离子迁移的元素，如碱金属 Na、K，卤族元素F、CI等；2)主要元素即含量较高的元素；3)次要元素即含量较低的元素。由图2半定量结果，含量由高到低排列为 Ni、Co、Cr、W、Ti、Ta、Nb、Mo、Al、Hf，据此确定定量分析时的测试顺序。 定量分析时，针对待测元素特征X射线线系的选择，标准《GB/T 15616 金属及合金的电子探针定量分析方法》中推荐：1)被分析元素原子序数<32时，采用K线系；2)被分析元素原子序数32≤Z≤72时，采用L线系；3)被分析元素>72时，采用M线系。实际应用时，除了参考上述标准所推荐的原则外，还应综合考虑分光晶体计数效率、谱线重叠干扰等因素。本文中，Al、Ti、Cr、Co、Ni、Nb、Mo、Hf等元素，通过定性谱图观察并无其它谱线干扰，因此可按标准推荐选择相应的线系即可(AI、Ti、Cr、Co、Ni选择K.，Nb、Mo、Hf选择L)。 接下来，我们重点来看一下Ta、W元素。Ta 元素原子序数为73，按标准推荐原则，应选择M。线系，相应的分光晶体为 PET晶体，但是我们通过对定性谱图中相应谱峰的净强度观察发现， Ta 的M。谱线净强度为59counts， 而 LiF 晶体上测得的L。谱线净强度为 234counts，这是由于分光晶体的计数效率差异及两线系荧光产额差异所导致的；因此，在定量分析时，在同样的积分时间下，相较PET晶体测试M。谱线，选用 LiF晶体测试T。的L。谱线积分强度会更高，从统计学角度来说，相应的定量结果可靠性也会更高。 再来看W元素，图3为定性谱图局部放大，可见Ta的M谱线与W的M。谱线位置非常近，虽然得益于电子探针良好的谱峰分辨率，两条谱线还是能够区分开来，但是，T。的Mb的短波侧与W的M。长波侧在没有回到背景强度之前交织在一起，构成了干扰。因此，如果直接选择W的M。进行定量分析，W的定量结果会偏高，可见对于W元素来说，M。谱线是不适宜的，所以实际定量测试时，我们应退而求其次，选择未受到干扰的W的Mg谱线进行定量分析，当然因为W的M，谱线强度低，因此，定量测试时应适当延长积分时间以保证较高的计数强度。 图3定性谱图局部放大 综上，各元素进行定量分析选用的谱线全部确定下来了，结果及相应分光晶体类型汇总于表1。 表1各元素选用谱线及分光晶体 元素 Al Ti Cr Co Ni Nb Mo Hf Ta W 谱线 Ka Ka Ka Ka Ka La La La La MB 晶体 RAP PET LiF LiF LiF PET PET LiF LiF PET 据此，对图1标示位置进行定量分析，标样选择相应的纯金属标样，定量结果见表2。 表2定量结果 (mass%、%) Al Ti Cr Co Ni Nb Mo Hf Ta W Total 2.902 5.429 10.093 12.725 56.977 4.489 2.105 0.242 0.980 2.150 98.091 测试环节中，从样品制备、测试条件选择、线系选择、标样选择等环节均参照《GB/T15616 金属及合金的电子探针定量分析方法》进行，测试结果满足标准要求。在线系选择时，考虑到计数强度差异及谱线重叠干扰问题，在标准的基础上有所优化，并对优化的原因进行了讨论。 总而言之，电子探针虽然是微束分析领域定量准确度最高的仪器，但是要想获得理想的定量结果，从制样、测试参数的选择、谱线的选择、晶体的选择、标样的选择，每个环节并都应认真分析、严格把控、灵活处理，方能获得理想的定量结果。 ■结论 本文使用岛津 EPMA-1720型电子探针，以某牌号镍基高温合金为例，对标准《GB/T 15616 金属及合金的电子探针定量分析方法》进行了验证，结果完全满足标准要求。并对电子探针微区定量分析过程各环节控制要点，尤其是谱线选择处理技巧，进行了梳理及探讨，进而为相关从业人员提供借鉴及指导。 镍基高温合金具有良好的组织结构及蠕变性能，其成分体系复杂，合金元素种类多。本文使用岛津EPMA-1720型电子探针，以某牌号镍基高温合金为例，对标准《GB/T 15616 金属及合金的电子探针定量分析方法》进行了验证，结果完全满足标准要求。并对电子探针微区定量分析过程各环节控制要点，尤其是谱线选择处理技巧，进行了梳理及探讨，进而为相关从业人员提供借鉴及指导。