Ứng dụng Kính hiển vi điện tử vi dò EPMA trong phân tích cấu trúc vi mô hợp kim Nhôm

Với những tiến bộ vượt bậc trong khoa học và công nghệ trong những năm gần đây đã khiến tất cả các loại sản phẩm trở nên nhỏ và nhẹ hơn. Trong quá trình sản xuất, vật liệu làm bằng Nhôm thường có trọng lượng nhẹ, tính dẫn nhiệt, dẫn điện cũng như độ dẻo tốt. Song, do sức bền vật lý kém, hợp kim Nhôm thường được “bổ trợ” thêm các phụ gia tương thích và xử lý nhiệt để cải thiện “điểm yếu” này, giúp áp dụng rộng rãi được trong nhiều lĩnh vực khác nhau.

Vì vậy, phân tích cấu trúc vi mô là một tiêu chí quan trọng để kiểm soát tính cơ học, độ dẻo dai, tính chống ăn mòn, tính chịu nước và khả năng gia công của các hợp kim Nhôm. Thiết bị EPMA của Shimadzu chính là công cụ hữu ích để đáp ứng nhiệm vụ này. Máy được trang bị các tính năng giúp việc phân tích dễ dàng hơn và không phá hủy mẫu ngay cả với vật liệu cứng với kích thước nhỏ.

Dưới đây là phương pháp phân tích hợp kim Nhôm bằng thiết bị EPMA:

Đúc hợp kim nhôm

Hợp kim nhôm đúc AC4CH (Al-Si-Mg(Fe)) được sử dụng rộng rãi cho các thành phần đúc ô tô, giúp cải thiện độ bền cơ học. Trong quá trình sản xuất AC4CH, xuất hiện sự hình thành các hạt Si eutectic và cấu trúc dạng dải các hợp chất liên kết kim loại của Mg hoặc Fe hình thành tại các vùng nóng chảy eutectic.

Trong hình 1, các hạt Si eutectic hình cầu được phân bố trong vùng có hàm lượng Mg khoảng 0,3%. Như vậy đây rõ ràng làcác hợp chất tạp chất thô, chẳng hạn như tối đa 0,2%.  Nguyên tố phụ gia Fe thì tồn tại ở các vùng nóng chảy eutectic.

Hình. 1 Ảnh chụp AC4CH

Phân tích hợp chất liên kim

CeB6-EPMA có độ sáng cao cho đầu dò điện tử phân cực bán dẫn loại bán dẫn mới, loại này cho phép chụp ảnh với độ nhạy và độ phân giải cao ở điện áp tăng tốc thấp hơn so với trước đây. Hình 2 cho thấy ảnh COMPO tương phản rõ ràng ở mức điện áp tăng tốc là 10kV, thậm chí đối tượng có cấu trúc số nguyên tử trung bình thấp. Ảnh chụp định lượng cho thấy nồng độ khác nhau giữa các nguyên tố Al, Si, Mg, và Fe.

Kết hợp việc so sánh giá trị giới hạn và kỹ thuật ghi đè ảnh của bốn nguyên tố với nhau sẽ có kết quả là hình ảnh 2. Tại đó, hạt Si eutectic hình cầu hiển thị màu đỏ và hợp chất liên kim Mg hoặc Fe tại vùng nóng chảy eutectic hiển thị các màu khác nhau tùy tuộc vào thành phần: hợp chất AlSiMgFe: vàng, hợp chất AlSiFe: xanh, và hợp chất MgAlSi: xanh nhạt.

Hình. 2 Ảnh chụp và kỹ thuật ghi đè ảnh

Phân tích các nguyên tố phụ gia

Hợp kim nhôm AC4CH (Al-Si-Mg (Fe)) chứa các nguyên tố phụ gia Fe tối đa 0.2 % khối lượng và Pb tối đa 0.05 % khối lượng. Các phụ gia kết tủa ở nồng độ cao trong các vùng nóng chảy eutectic.

Đối với Al (92.65) Si (7) Mg (0.35), các vùng chiếu xạ bởi tia X cường độ 10 kV là FeKα (0.42 µm) và PbMα (0.88 µm) thu được ảnh chụp nguyên tố một cách dễ dàng.

Hình. 3 Sự phân bố các nguyên tố phụ gia

(Tham khảo từ chuyên mục ứng dụng của hãng Shimadzu)

Nguồn: ETA