材料学中常用分析方法第五讲 SPM 有关金属材料分析手段共93页文档
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材料分析方法总结材料分析是指对各种材料的成分、结构、性能等进行分析研究的方法。
在工程、科学研究和生产中,材料分析方法的选择和应用对于材料的质量控制、性能评价和新材料的开发具有重要意义。
本文将对常见的材料分析方法进行总结,以便读者对材料分析有一个全面的了解。
一、光学显微镜。
光学显微镜是一种常用的材料分析仪器,通过对材料进行放大观察,可以得到材料的表面形貌、组织结构等信息。
适用于金属、陶瓷、塑料等材料的观察和分析。
二、扫描电子显微镜(SEM)。
扫描电子显微镜是一种使用电子束来扫描样品表面并获取图像的仪器。
相比光学显微镜,SEM具有更高的放大倍数和更高的分辨率,适用于对材料表面微观形貌的分析。
三、X射线衍射(XRD)。
X射线衍射是一种通过照射材料表面并测量衍射图样来分析材料晶体结构的方法。
通过X射线衍射,可以确定材料的晶体结构、晶格常数等信息。
四、透射电子显微镜(TEM)。
透射电子显微镜是一种使用电子束穿透样品并形成透射电子图像的仪器。
TEM 可以观察材料的晶体结构、位错、界面等微观结构特征。
五、质谱分析。
质谱分析是一种通过对材料中的离子进行质量分析来确定材料成分的方法。
质谱分析可以对材料的元素组成、分子结构等进行准确的分析。
六、热分析。
热分析是一种通过对材料在控制温度条件下的热性能进行分析的方法,包括热重分析(TGA)、差示扫描量热法(DSC)等。
热分析可以得到材料的热分解特性、热稳定性等信息。
七、核磁共振(NMR)。
核磁共振是一种通过测量材料中核自旋的共振信号来分析材料成分和结构的方法。
NMR可以对材料的分子结构、化学环境等进行分析。
以上是常见的材料分析方法的简要总结,每种方法都有其适用的范围和特点。
在实际应用中,需要根据具体的分析目的和样品特点选择合适的分析方法,并结合多种方法进行综合分析,以确保获得准确、全面的分析结果。
希望本文对材料分析方法的选择和应用提供一定的参考和帮助。
金属材料的分析方法简介研究所:龙绘葵2002年7月金属材料的分析方法简介摘要:本文就金属材料分析中的X射线衍射分析、透射电镜分析、扫描电镜分析、电子探针及其它的一些表面显微分析方法的原理、性能和适用性等方面进行了简单的介绍。
金属材料的常规分析,在力学性能方面主要有拉伸、压缩、弯曲、剪切、硬度、成形等试验方法;在化学成分方面,主要有化学分析方法和光谱分析方法;内部组织结构方面主要是光学显微镜分析。
这些方法是常用的试验方法,无需介绍。
对于金属材料的常规生产检验和质量控制,进行这些常规试验基本上就可以了。
但对于织构及内应力的测定,产品的缺陷及微区成分的分析,以及金属表面和内部更细微的组织结构和成分的分析,等等,这些方法是无法实现的。
在现阶段,进行这些分析所采用的仪器是X射线衍射仪,电子显微镜,电子探针仪及其它的表面显微分析工具(包括离子探针仪、低能电子衍射仪、俄歇电子能谱仪、场离子显微镜、扫描隧道显微镜、X射线光电子能谱仪等)。
这些试验方法和相应的仪器都是近几十年来建立并逐渐完善起来的,在金属材料的分析和研究中起着越来越广泛和重要的作用。
随着科学技术的发展,必将会有更多、更先进的试验方法和仪器用于金属材料的分析。
1 X射线衍射1.1 X射线衍射的基本概念X射线在传播途中,与晶体中束缚较紧的电子相遇时,将发生经典散射。
晶体由大量原子组成,每个原子又有多个电子。
各电子所产生的经典散射线会相互干涉,使在某些方向获得加强,另一些方向则被削弱。
电子散射线干涉的总结果被称为衍射。
获得衍射花样的方法主要有:1.1.1劳埃法:采用波长连续可变的连续X射线照射不动的单晶体,从中挑选出其波长满足布喇格关系的X射线使产生衍射。
劳埃法是德国物理学家劳埃在1912年首先提出的,是最早的X射线分析方法,它用垂直于入射线的平底片记录衍射线而得到劳埃斑点。
目前这一方法多用于单晶体取向测定及晶体对称性的研究。
1.1.2周转晶体法:采用单色X射线照射转动的单晶体,并用一张以旋转轴为轴的圆筒形底片来记录。
金属材料第一节金属的性能金属材料的性能对零件的使用和加工有十分重要的作用,一般可分为使用性能和工艺性能两大类.使用性能是指材料在工作条件下所必需具备的性能,包罗物理性能、化学性能和力学性能,它反映金属材料在使用过程中暗示出来的特点,决定了材料的应用范围、平安可靠性及使用寿命。
工艺性能是反映金属材料在制造加工过程中的各种性能,如锻造性能、焊接性能、锻压性能、切削加工性及淬透性等。
〔一〕金属材料的机械性能弹性和塑性、刚度、强度、硬度、冲击韧性、疲劳强度1、弹性和塑性弹性:金属材料受外力作用发生变形,当外力去掉后能恢复原状的性能叫弹性。
塑性:金属材料在栽荷作用下发生塑性变形而不破坏的能力。
2、刚度金属材料受力时抵当弹性变形的能力叫做刚性。
3、强度金属材料在外力作用下抵当塑性变形和断裂的能力叫做强度。
强度分抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度与抗扭强度。
4、硬度金属材料抵当更硬物体压力的能力叫做硬度。
5、冲击韧性金属材料抵当冲击载荷作用下断裂的能力叫做冲击韧性。
6、疲劳强度金属材料在无数次重复或交变载荷作用下而不致引起断裂的最大应力叫做疲劳强度。
〔二〕金属材料的物理、化学及工艺性能1、物理性能金属材料的主要物理性能有密度、熔点、热膨胀性、导热性和导电性等。
2、化学性能金属材料的主要化学性能有耐酸性、耐碱性、抗氧化性等。
3、工艺性能工艺性能是物理、化学、机械性能的综合。
按工艺方法不同分为锻造性、可锻性、可焊性和切削加工性等。
第二节金属的布局与结晶一.钢的晶体构造所有的物质是由原子组成的。
固态物质内的原子摆列有两种类型:一种为原子的摆列紊乱而无规律性;另一种为原子按照必然的规律摆列。
前者就构成了非晶体类固态物质,如玻璃、松香等;后者就组成了晶体类固态物质,如各种固态金属。
〔一〕晶格在晶体内原子依照必然的几何规律在空间摆列成所谓的结晶格子,简称晶格。
由于金属原子具有占据彼此最相近位置的倾向,所以形成以下几种类型的晶格。
XRDXRD即X-ray diffraction的缩写,X射线衍射,通过对材料进行X射线衍射,分析其衍射图谱,获得材料的成分、材料内部原子或分子的结构或形态等信息的研究手段。
物相分析是X射线衍射在金属中用得最多的方面,分定性分析和定量分析。
前者把对材料测得的点阵平面间距及衍射强度与标准物相的衍射数据相比较,确定材料中存在的物相;后者则根据衍射花样的强度,确定材料中各相的含量。
XRFXRF:X射线荧光光谱分析(X Ray Fluorescence)人们通常把X射线照射在物质上而产生的次级X射线叫X射线荧光,X射线管产生入射X射线(一次X射线),激发被测样品。
受激发的样品中的每一种元素会放射出二次X射线,并且不同的元素所放射出的二次X射线具有特定的能量特性或波长特性。
探测系统测量这些放射出来的二次X射线的能量及数量。
然后仪器软件将探测系统所收集到的信息转换成样品中各种元素的种类及含量。
在实际应用中,有效的元素测量范围为11号元素(Na)到92号元素(U)。
XPS XPS(X射线光电子能谱分析)的原理是用X射线去辐射样品,使原子或分子的内层电子或价电子受激发射出来。
被光子激发出来的电子称为光电子。
可以测量光电子的能量,以光电子的动能/束缚能binding energy,(Eb=hv光能量-Ek动能-w功函数)为横坐标,相对强度(脉冲/s)为纵坐标可做出光电子能谱图。
从而获得试样有关信息。
XPS可以用来测量:1.元素的定性分析。
可以根据能谱图中出现的特征谱线的位置鉴定除H、He以外的所有元素。
2.元素的定量分析。
根据能谱图中光电子谱线强度(光电子峰的面积)反应原子的含量或相对浓度。
3.固体表面分析。
包括表面的化学组成或元素组成,原子价态,表面能态分布,测定表面电子的电子云分布和能级结构等。
4.化合物的结构。
可以对内层电子结合能的化学位移精确测量,提供化学键和电荷分布方面的信息。
SEM SEM(扫描电子显微镜)的工作原理是用一束极细的电子束扫描样品,在样品表面激发出次级电子,次级电子的多少与电子束入射角有关,也就是说与样品的表面结构有关,次级电子由探测体收集,并在那里被闪烁器转变为光信号,再经光电倍增管和放大器转变为电信号来控制荧光屏上电子束的强度,显示出与电子束同步的扫描图像。
金属材料的成分化验原理金属材料的成分化验原理主要通过化学分析方法来确定金属材料的元素组成和含量。
常用的化学分析方法包括光谱分析、中子活化分析、质谱分析、电子探针分析和位移伏安法等。
首先,光谱分析方法是通过光谱仪测量物质吸收、发射或散射光的强度,从而得到物质的元素组成和含量。
其中,原子吸收光谱法(AAS)利用原子在特定波长的吸收光线上的选择性吸收来分析元素的含量。
原子发射光谱法(AES)则通过激发原子使其发射光线,根据不同元素的特定发射光线的强度来确定元素的含量。
中子活化分析方法是将金属材料置于中子束中进行辐射,使样品中的核素激发并转变成具有特定特征的同位素,再利用测量转变后的同位素发射的γ射线的强度来确定元素的含量。
由于不同元素的同位素放射性特性不同,可以通过测量不同能量的γ射线的强度来确定材料中的元素含量。
质谱分析方法通过将金属材料样品离子化,并根据离子的质量-荷比(m/z)比进行分离和分析。
质谱仪可以测量不同离子荷质比的数目,从而确定样品中各种元素的含量。
电子探针分析(EPMA)是利用电子束和X射线相互作用来确定样品中元素的含量。
电子束轰击样品表面,使原子的电子跃迁到高能级并再次掉回基态时放出特定能量的X射线。
测量这些X射线的能量和强度可以确定样品中各元素的含量。
位移伏安法是通过为金属材料提供电位来测定电流-电位曲线,从而确定材料的溶解性和电位响应。
在位移伏安法中,将金属材料电极浸入电解液中,施加稳定的电位并测量电流的变化。
通过测定电流-电位曲线的形状和曲线上的特征点,可以确定金属材料的成分和含量。
综上所述,金属材料的成分化验原理主要是通过化学分析方法来测定元素的含量和组成。
常用的化学分析方法包括光谱分析、中子活化分析、质谱分析、电子探针分析和位移伏安法等。
这些方法利用不同的物理原理和技术手段,对金属材料中的元素进行分析和检测,为金属材料的成分分析提供了有力的手段。
材料分析方法
1. 目视观察法:通过裸眼观察材料的外观特征,包括颜色、形状、纹理等,以初步判断材料的性质。
2. 显微镜观察法:使用光学显微镜观察材料的微观结构和特征,包括晶体结构、颗粒形貌等,以评估材料的晶化程度、颗粒尺寸等。
3. 热分析法:通过对材料在不同温度下的热响应进行分析,包括热重分析(TGA)、差热分析(DSC)等,以确定材料的
热稳定性、相变温度等。
4. 光谱分析法:利用光的吸收、发射、散射等性质对材料进行分析,常见的光谱分析包括紫外可见光谱、红外光谱、拉曼光谱等,用于分析材料的化学组成、分子结构等。
5. 电子显微镜观察法:使用扫描电子显微镜(SEM)或透射
电子显微镜(TEM)对材料的表面形貌、晶体结构进行观察,以获取高分辨率的图像和微区成分分析。
6. X射线衍射方法:利用材料对入射X射线的衍射现象,分
析材料的晶体结构、结晶度等,常见的方法包括X射线粉末
衍射(XRD)和单晶X射线衍射(XRD)。
7. 磁学分析法:通过对材料的磁性进行测试与分析,包括磁滞回线测量、霍尔效应测量等,以判断材料的磁性、磁结构等。
8. 电化学分析法:通过测量材料在电化学条件下的电流、电压等性质,以研究材料的电化学性能、电极活性等。
9. 分子模拟与计算方法:运用计算机模拟技术对材料的分子结构、物理性质进行分析与计算,包括分子力场模拟、密度泛函理论等。
10. X射线能量色散谱分析法:通过对X射线入射材料的能量散射进行分析,以确定材料的元素成分和含量,用于材料的定性与定量分析。