钛合金中镀层分析检测方案(扫描电镜)

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PHENOMSCIENTIFIC飞 纳 电 镜 扫描电镜在钛合金表面镀层分析中的应用 钛是一种在地壳中储量丰富的元素(在元素含量中居第10位)，其含量超过地壳质量的0.4%，并且由于钛及其合金具有优异的物理、力学性能，在各行各业尤其是航空工业中应用广泛，被誉为“太空合金”。 波音777飞机机身使用材料示意图I1] 钛合金按相组成可分为：密排六方结构 (HCP)的 α型钛合金(国内牌号 TA)、两相混合的α+β型钛合金(国内牌号 TC)和体心立方结构 (BCC)的β型钛合金(国内牌国 TB)。 Ti-6AI-4V (UNS 编号 R56400， 有时也称为 TC4 或 Ti64)， 是一种具有高比强度和优异耐腐蚀性的 α-β钛合金。它是最常用的钛合金之一，广泛应用于需要低密度和出色耐腐蚀性的领域，例如航空航天工业和生物力学应用(植入物和假肢)等。与更传统的不锈钢和钴基合金相比，钛合金作为生物材料的使用越来越多，因为它们具有较低的模量、优异的生物兼容性和更强的耐腐蚀性。 Ti-6AI-4V 的 SEM 显微结构图 Ti-6AI-4V 合金经过热处理以改变其微观结构中α和β相的数量，微观结构将根据确切的热处理和加工方法而显著变化(三种常见的热处理工艺是轧机退火、双相退火和固溶处理和时效)。借助飞纳台式扫描电镜的 EDS-mapping 功能，可以获得各相中元素含量、分布状态，通过不同相中相稳定元素含量的差异(α相中常固溶 Al、Sn，β相中常固溶V、Cr 等)及 BSE 图片的衬度差异能够分析α相和β相的微观结构。 Ti-6AI-4V 的 EDS-mapping 分析 虽然钛合金具有比强度高、耐腐蚀性好、耐热性好等诸多优点，但单一的钛合金材料在实际应用中也存在很多缺点，比如表面硬度较低、摩擦系数高、易磨损、高温(600℃以上)易氧化等[2，3]。这使钛合金作为关键运动副零部件，尤其是在高温环境工作时，表面易发生氧化腐蚀和严重磨损，在生产应用中，常需要通过表面处理技术，使钛合金在保持高比强度的同时，具有优异的耐磨和高温抗氧化性能I4]。 Ti-6AI-4V 的 MoSiz 镀层 SEM 图 新型高温材料 MoSi2 具有优良的高温抗氧化性能且硬度高，可作为 Ti-6AI-4V 合金表面的抗氧化涂层。但高温下该涂层与基体合金的界面稳定性较差， Si 元素的内扩散会导致MoSi2 涂层快速退化，从而降低其抗氧化性能以及缩短其服役寿命。此外，合金元素的外扩散会导致在基体中本成 Kirkendall 孔，因而降低其力学性能及其与涂层的界面结合强度。因此，需要在 MoSi2/Ti-6Al-4V 合金界面处制备阻扩散层，以延缓界面互扩散并提高涂层的服役寿命。采用 SEM 和 EDS分析复合涂层的微观形貌、相组成、化学成分和元素分布等，可以研究涂层的抗氧化性能，分析复合涂层的抗氧化机理，探讨阻扩散层的作用机制及失效机理。 Ti-6AI-4V 的 MoSi2镀层缺陷分析：如上图所示， MoSi2 镀层出现断裂，断裂处由于MoSi2 涂层的失效出现V、Ti元素的外扩散，在断裂处观察到其氧化沉积物。 Ti-6AI-4V 的 MoSi2 镀层 Si 元素扩散失效分析：如上图所示， MoSi2 镀层由外至内观察到 Si 元素含量含量的变化，说明MoSi2 涂层中 Si 元素逐步扩散、涂层性能退化的过 程。 ( 参考文 献 ) ( [1 ] Council N . New Materials for Next-Generation Commercial Transports[J]. 1996. ) ( [2] Ohidul Alam M， Haseeb A. R esponse of Ti-6AI-4V and T i-24AI-11Nb alloys to ) ( dry sliding wear against hardened steel [J]. Tribology International， 2002， 35： 357- 362. ) ( [3] Guleryuz H， Cimenoglu H.Oxidation of Ti-6Al-4V alloy [J]. Journal of Alloys andCompounds， 2009， 472： 241-246. ) [4]徐江宁.Ti6AI4V 合金表面激光熔覆高温抗氧化及耐磨复合涂层试验与分析[D]. 苏州大学. 关于作者 飞纳电镜 荷兰飞纳作为全球领先的桌面扫描电子显微镜供应商，专注于为亚微米级和纳米级应用的成像提供解决方案。飞纳台式扫描电镜被用于广泛的市场和应用领域，如材料科学、电子、纳米颗粒、生物医学、纺织纤维和地质科学等。 TEL： ww.phenom-china.cominfo@phenom-china.com Ti-6Al-4V 合金经过热处理以改变其微观结构中 α 和 β 相的数量，微观结构将根据确切的热处理和加工方法而显著变化（三种常见的热处理工艺是轧机退火、双相退火和固溶处理和时效）。借助飞纳台式扫描电镜的 EDS-mapping 功能，可以获得各相中元素含量、分布状态，通过不同相中相稳定元素含量的差异（α 相中常固溶 Al、Sn，β 相中常固溶 V、Cr 等）及 BSE 图片的衬度差异能够分析 α 相和 β 相的微观结构。Ti-6Al-4V 的 EDS-mapping 分析