扫描电镜SEM在失效分析中的应用

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1、EquipmentManufactringTechnologyNo.11，2011扫描电镜（SEM）在失效分析中的应用石祝竹，莫煜（上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西柳州545007）摘要：失效分析是故障分析的重要方法，而扫描电镜为失效分析的重要手段，两者在工程领域有着广泛的应用,尤其是在断口分析中的应用。通过扫描电镜可以确定失效的形式和机理，对于确定故障的原因和制定措施起着关键作用。笔者通过工程具体的实例，结合失效分析理论，应用扫描电镜的分析，针对具体工程问题分析了原因，并制定了措施，着重介绍了扫描电镜在失效分析中的应用

2、。关键词：电镜扫描;失效分析；断口分析中图分类号：TH744文献标识码：B文章编号：1672-545X（2011）11-0142-03扫描电镜（SEM）是利用静止的或在样品表面做电子轮光栅扫描的一束精细聚焦的电子束，轰击样品表面对中线圈产生各种信号，利用电磁透镜系统成像，对固体材料第一聚光镜进行分析的仪器。由于SEM具有分辨率高（纳米级）、第二聚光镜景深大而且可以从数十倍到数千倍连续放大的功扫描发CRT生器扫描线圈能，因此自问世以来就成为材料研究和失效分析的CRT物镜利器。判断失效的模式，查找失效原因和机理，提出消像散检测

3、预防再失效的对策的技术活动和管理活动，称为失真空效分析。视频放大图1扫描电镜系统构造1扫描电镜工作过程为：电子枪热阴极发射的电子受到阳极电压（1～1.1简介50kV）加速并形成笔尖状电子束，其最小直接10～扫描电镜是用极细的电子束在样品表面扫描，50μm量级，经过2～3个磁透镜的汇聚作用，在样将产生的二次电子用特制的探测器收集，形成电信品表面汇聚成一个细束流。号运送到显像管，在荧光屏上显示物体表面的立体在末透镜上部的扫描线圈的作用下，细电子束构像，可摄制成照片。扫描电镜的另一个重要特点是在样品表面做光栅装扫描。景深大、图像

4、富立体感。扫描电镜的焦深比透射电子扫描电镜采用的是逐点成像的图像分解法。电显微镜大10倍，比光学显微镜大数百倍。由于图像子束在样品上做光栅扫描的同时，显像管中的电子景深大，故所得扫描电子像富有立体感，具有三维形束与此做同步扫描。态，能够提供比其他显微镜多得多的信息，这个特点这样，在荧光屏上显示出样品的表面微观形貌。对使用者很有价值。扫描电镜所显示的断口形貌从扫描区域越小，相同面积荧光屏上显示的图像放大深层次，高景深的角度呈现材料断裂的本质，在教倍数就越大。学、科研和生产中，有不可替代的作用，在材料断裂由一个闪烁体和紧接着它

5、的光导管组成的探测原因的分析、事故原因的分析以及工艺合理性的判器，俘获主要由二次发射以及部分背散射电子组成定等方面是一个强有力的手段。的信号电子，转换成光子。再由光电倍增管和放大器1.2工作原理将他们转换成电压信号。扫描电镜基本结构如图1所示。收稿日期：2011-08-07作者简介：石祝竹（1984—），女，四川绵阳人，助理工程师，主要从事发动机项目管理工作；莫煜（1984—），男，广西玉林人，助理工程师，主要从事发动机研发设计工作。142《装备制造技术》2011年第11期利用CCD实时信号采集的方法可以对图像进行2.3断

6、裂失效的分类和断口分析记录。断裂失效为机械零件因断裂而产生的失效，其1.3放大倍数分类有塑性断裂、脆性断裂、疲劳断裂、蠕变断裂失一般的电镜扫描设备放大倍数范围从×25到效，通过断口的形貌观察与分析，可以研究材料的断×250000。一些高端的设备甚至达到200万倍的放裂方式（穿晶、沿晶、解理、疲劳断裂等）与断裂机理，大倍率。从采样大小的角度来看，大约是从60～这是判断材料断裂性质和断裂原因的重要依据，特0.4nm的范围。传统光学显微系统的放大倍率受到别是材料的失效分析中，断口分析是最基本的手段。通过断口的形貌观察，还可以直接

7、观察到材料的断仪器波长和光瞳的限制。从理论上，电子的波长只是裂源、各种缺陷、晶粒尺寸、气孔特征及分布、微裂纹可见光的十万分之一，从而在理论上分辨率可以提5的形态及境界特征等。高10倍，但由于球差的影响，电子显微镜的本辨率2.4分析的步骤比光学显微镜值提高了数千倍。（1）事故调查。一为现场调查，现场保护，拍照录1.4在发动机工程中的应用象，现场情况记录；二为失效件的收集，关键失效件分析失效零件的失效机理，找出零部件失效原因；的查找、收集，相关零件的收集；三为走访当事人和利用扫描电镜中的光谱分析功能，分析试验后目击者，失效事故

8、发生前的异常现象，事故发生时的机油的金属微小颗粒来自哪个零部件；情况。分析磨损的类型，分析微小磨损颗粒的来源；（2）资料搜集。一为设计资料———机械设计资分析加工品质和寻找加工缺陷。料，零件图；二为材料资料———原材料检测记录；三为工艺资料———加工工艺流程卡、装配图；四为使用2失效分析的运用资料———