聚焦科研热点，透视特色技术丨合金储氢研究检测岛津特色技术

镁基合金是储氢研究中的一个热点方向，稀土改性亦是合金储氢研究方向之一。通常加入稀土元素，可提高合金储氢能力及合金稳定性。电子探针作为样品显微观察和微区分析有效结合起来的定量分析工具，对镁合金进行微米级别的无损分析，有助于了解合金在微区尺度的成分信息，同时对稀土元素进行准确测定。采用EPMA-1720HT对镁锌合金进行测试。

图1 电子探针显微分析仪EPMA-1720HT

图2  Mg-Zn 稀土合金元素分布位置和形态

图3  细节放大后各元素分布特征（图上的数字为定量测试位置）

从面分布结果可以看出，试样合金中的稀土几乎全部分布于晶界，但不连续，平均晶粒尺寸直径为24.5μm，晶界相宽度约2.4μm。富集于晶粒表面及晶界位置的稀土活性元素可以填充晶界处的晶界空位，改善晶界附近的组织形态，提高高温抗蠕变性能。

EPMA 作为微区分析仪器，相对于SEM+EDS，在灵敏度和分辨率两个重要指标上都高出一个数量级，而其具有原位分析的特点，使其在镁合金基础材料研究、镁合金产品开发设计、失效品分析等各领域中可发挥重要的作用。

图4 全自动、多技术成像型X射线光电子能谱仪 AXIS SUPRA⁺

1、 样品信息分析条件

2、 样品及处理

合金样品采用化学转化处理法得到表层保护膜，样品性状：片状固体。

3、 实验结果

对合金进行全谱扫描，结果见图5，可知表面主要存在元素为C、O、Mg、Al、Si、F、V 等元素，其他未标注谱峰为非特征轨道或者俄歇峰，未发现其他明显的合金掺杂金属元素特征峰，是由于XPS 技术主要检测材料最表层的元素构成，C 元素主要来源于表面污染。结合全谱结果可初步判断该镁合金表面采用的为含钒物种保护膜。

进一步对该样品采集精细谱数据分析，见图6，分别对各元素进行化学态分析，C 元素主要以C-C、C-O、 C=O、CO₃^2- 的化学态形式存在，其结合能分别是284.8 eV、286.2 eV、287.2 eV 和289.3 eV；O 元素主要以钒酸盐、CO₃^2- 形式存在，其结合能位置在531.3 eV 和532.8 eV；V 元素主要以钒酸盐的化学态形式存在，V 2p^3/2 结合能位置分别在517.0 eV；Mg 元素主要以金属态Mg（1303.4 eV）、表层自然氧化物Mg Oxide（1304.6 eV）的化学态形式存在；Al 元素主要以氧化铝（74.1 eV）的化学态形式存在；Si 元素主要以自然氧化态（101.8 eV）的形式存在；F 元素主要以金属氟化物（684.7 eV）的化学态形式存在。推测其中F 元素为处理后离子残留，Al、Si 为合金中掺杂，表面保护膜成分主要为钒酸盐物种。

合金样品往往具有一定厚度，采用岛津AXIS Supra⁺ 双高度样品条可以直接应对，无需对样品进行前处理。采用岛津Axis Supra⁺仪器成功完成改性处理后的镁合金材料的表征，通过XPS 的结果给出了材料表面各元素的化学态等信息，证明了表面保护膜层的元素及结构信息。

颗粒的大小影响催化剂对于储氢合金的催化效果，粒度分布测定仪可以计算样品分散状态下的粒径大小和分布区间。使用岛津激光粒度仪SALD-2300和MS23型循环流通池，以纯水为分散介质，在超声和搅拌条件下测试四氧化三钴粉末的粒径大小和分布。

图7 岛津激光衍射式粒度分布测定装置SALD-2300

1、 分析条件

本次测试体条件如下表2所示

表2  SALD-2300测试四氧化三钴粉末条件

2、 样品及处理

测试样品钴材料A和B，取适量粉末用纯水搅拌均匀，经外部超声分散后，滴加至循环流通池中进行测试。

3、 实验结果

从图8、9、10可看出，四氧化三钴粉末A和B粒径分布均呈正态分布，但存在明显差异。

四氧化三钴粉末的粒度测试结果见下表3所示。

岛津激光粒度仪SALD-2300循环流通池可实现纯水自动添加、超声和搅拌、自动清洗等功能，软件特有的光强分布再计算(LDR)功能，可自动计算物质的最佳折射率，获得可靠的粒径分布数据。本应用使用岛津激光粒度仪 SALD-2300 湿法测试四氧化三钴粉末的粒径大小和分布，方法简单易行，测试速度快，数据稳定且重复性好，满足四氧化三钴粉末粒度的测试要求。