扫描电子显微镜SEM在失效分析中的应用

扫描电子显微镜介绍

扫描电镜是用极细的电子束在样品表面扫描，将产生的二次电子用特制的探测器收集，形成电信号运送到显像管，在荧光屏上显示物体表面的立体构像，可摄制成照片。扫描电子显微镜，被广泛应用于对各种材料的形貌、结构、界面状况、损伤机制以及材料性能预测等方面，可以直接观察材料内部原子的集结方式和真实的边界，研究晶体缺陷等，从而分析得出失效原理。

定义及原理

扫描电镜涉及了电子光学技术、真空技术、精细机械结构以及计算机控制技术，是一个复杂的系统组合。其利⽤电⼦束在样品表现进行扫描，同时利用探测器接收电子束在样品上激发的各种信号，并利用信号检测放大系统输出调制信号转换且现在在显示系统生成像。

这些信号主要有二次电子，用于形貌观察；背散射电子、特征X射线、俄歇电子，用于成分分析。

实际应用及案例

1、SEM金相分析

失效分析的基础是做好正确的金相分析，对于各种光学显微镜不能够分辨的基本显微组织，如屈氏体，隐针马氏体等等，其次是对显微组织精细结构的分析，如上贝氏体中铁索体和渗碳体两个相的形态，条状马氏体的细长板条状的立体形态等。各种金属之间的化合物相、碳化物相、硼化物相以及氮化物相等、金相分析一般在低倍分析及光学显微镜分析的基础上结合结构分析(如X射线衍射分析、电子衍射分析等)和微区成分分析(如波谱仪、能谱仪等等)等完成的。

2、SEM在断口分析中的应用

使用扫描电镜进行缺口分析，在扫描电镜在失效分析中比较主要的应用，利用SEM对断裂机理进行分析归类，明确断裂的类型，并且对裂纹源位置和扩展方向的判定，明确金属材料的主要断裂机理。另外还有热处理脆性等，虽然从断裂的机理分析并不是新的断裂形式，但在失效分析中应用较多，如利用SEM分析钢的第二类回火脆性的晶界弱化及第二相的沉淀等。


3、SEM在磨损失效分析中的应用

利用SEM主要对磨损表面及磨损产物等进行分析，磨损表面携带了磨损最主要的信息，磨损表面形貌有：擦伤、犁沟、点蚀、剥层、微动咬蚀及气蚀鱼鳞坑等。磨损产物主要有正常磨粒、疲劳剥块、球粒、层状磨粒、严重磨粒、切削磨粒、腐蚀磨损微粒、氧化颗粒、暗金属氧化物磨粒、有色金属磨粒、非金属晶体及非金属非晶体等。磨损产物的分析可以结合铁谱技术、体视技术、结构、成分分析等。

4、腐蚀失效

金属腐蚀失效会在表面或断口上留下各种腐蚀产物，其特点及相关形貌有：均匀腐蚀、斑点腐蚀、脓疮腐蚀、点腐蚀、晶间腐蚀、缝隙腐蚀、穿晶腐蚀等，一般情况通过宏观检验及光学显微镜分析，也可以利用SEM进行分析。

总结：

如果作为失效分析判断的一大标准，依据扫描电子显微镜分析所得到的结果，作进一步的分析和推断，帮助失效分析的工作实施更为针对性的改进和预防措施。广东省华南检测技术有限公司专注于工业CT 检测、失效分析、材料分析检测、芯片鉴定、芯片线路修改、晶圆微结构分析、可靠性检测、逆向工程、微纳米测量等专业技术测服务，检测服务电话：13926867016。