Page 42 - 理化检验-物理分册2023年第十二期

赵同新, 等: 热轧钢表面氧化铁皮状态的电子探针显微分析表征方法

笔者利用电子探针的点分析、 面分析及相分析 体; FeO 是面心立方晶体, 具有较大的孔隙率, 易腐
等测试功能, 分析和表征钢坯表面氧化铁皮层, 总结 蚀。这3层厚度主要受氧化时的温度和时间的影
出6种检测方法, 为热轧工艺、 酸洗参数的优化和 响。通常为了提升酸洗效率并改善酸洗后钢带的表
板、 带材氧化铁皮的质量控制等提供参考。 面质量, 要求控制氧化铁皮的形成和转变, 避免产生
氧化层, 尽
1 测试仪器及试样处理
较为致密且不易腐蚀的 Fe 2O 3
和 Fe 3O 4
量多地保留容易被酸洗的 FeO 组织。
1.1 测试仪器 2.2 定量面分析法
)
电子探针测试仪器型号为 EPMA-1720HT 。 元素面分析( Ma pp in g 功能是电子探针最经典
1.2 试样处理 的功能之一, 其可以在二维层面逐点扫描指定的感
热轧钢材表面形成的氧化铁皮层较为疏松, 且 兴趣区域内指定元素的分布特征, 具有直观易理解
易碎、 易脱落, 呈不连续分布, 有较多的微孔。在制 的特点。选择包含3层氧化铁皮的区域, 指定分析
作横截面试样时, 需要使用常温氧化树脂将其固化 元素 Fe和 O 的面分布特征。使用点定量测试的条
镶嵌后再磨制抛光。在镶嵌之前也可以使用溅射镀 件和结果, 建立计数与含量的对应关系工作曲线, 可
膜, 在最外层形成一层较为致密的异金属层, 对疏松 以把元素面分析结果中的计数转换为更直观的定量
氧化铁皮进行有效的保护。 百分比, 即定量面分析 [ 4 ] , 结果如图2所示。
2 测试方法 由图2可知: 从最左侧基体开始有3层明显的
氧化铁 皮 层; 从 右 端 最 表 层 开 始 依 次 形 成 外 层
2.1 定量点分析法 、 靠 近 基 体 的 内 层 FeO , 在
Fe 2O 3 、 中间 层 Fe 3O 4
对氧化铁皮层不同衬度图像的外层、 中间层和 相形成并析出。
FeO 层中有粒状 Fe 3O 4
内层3个区域各选择5点进行元素的定量测试, 表 2.3 相分析法
面氧化铁皮的不同衬度位置如图1所示, 不同氧化 结合点定量测试和面分析测试结果, 借助相分

铁皮层5点定量结果平均值如表1所示。 析的软件功能, 可以把 Fe元素和 O 元素展开, 用二
维散点图表示, 在该基础上勾勒不同含量的散点, 可
以在面分析结果上把物相标注出来( 见图 3 )。图
3a ) 为 Fe-O 二维散点图, 根据散点分布特征, 可以
、
、
得到 4 种点簇, 分别为 Fe 2O 3 Fe 3O 4 FeO 和 Fe 。
在面分析结果的外层、 中间层、 内层和基体4个位置
、
标注, 可以看出自表层开始依次形成 Fe 2O 3 Fe 3O 4
相。
和 FeO , 内层的 FeO 中混有 Fe 3O 4
2.4 峰位偏移量法
图1 表面氧化铁皮的不同衬度位置
轨道电子跃迁时产生的特征 X 射线波长由轨
表1 不同氧化铁皮层5点定量结果平均值 %
道间的能级差决定。当一种元素形成化合物时, 其
质量分数
位置 物相 外层轨道电子会或多或少受其他元素的影响, 即受
O Fe 总量
与化学结合状态相关因素的影响, 从外层轨道跃迁
外层 29.89 69.29 99.18 Fe 2 O 3
的特征 X 射线也相应容易发生峰位的偏移、 峰形或
中间层 27.78 71.93 99.71 Fe 3 O 4
峰强的变化。
内层 22.09 77.65 99.74 FeO
研究发现 [ 5-6 ] , 根据 Fe- L 线谱图的谱峰波长偏
根据元素定量测试结果, 氧化铁皮层由3种不 移和峰形等对元素 Fe进行状态分析。由于岛津电
同类型的氧化物构成, 从表面开始依次为外层的 子探针使用全聚焦罗兰圆的配置, 特征 X 射线波长
为密 分辨率较高 [ 7-9 ] 波长的相
Fe 2O 3 、 中间层的 Fe 3O 4 、 内层的 FeO 。 Fe 2O 3 , 可以测得 Fe- L α 和 Fe-L β
排六方晶体结构, 为较为致密的氧化膜, 有阻碍内部 对不同偏移情况, 根据这个偏移量, 可用于确认氧化
是具有磁性的黑色物质, 由 铁皮各层的氧化状态。使用状态分析的方法, 对氧
继续氧化的作用; Fe 3O 4
2+ 3+ 2- 通过离子键构成的复杂离子晶 的峰
Fe 、 Fe 和 O 化铁皮层3种不同的位置进行 Fe- L α 和 Fe- L β
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