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      電子光學顯微鏡在大直徑厚壁鋼管腐蝕失效分析中的應用

      2020-06-06 11:57:45

      自20世紀30年代第一臺商用電子顯微鏡于1934年投入使用以來,一系列電子光學顯微鏡分析技術和設備不斷得到改進和發展。它們主要是:透射電子顯微鏡(TEM)、掃描電子顯微鏡(SEM)、電子探針X射線顯微分析儀(EPMA)、離子探針(SIMS)、俄AES等表面顯微分析儀器。它們的出現和發展極大地推動了許多學科的發展,包括大直徑厚壁鋼管的材料科學,同時也為材料的失效分析,包括腐蝕失效分析增加了有力的武器。目前,電子光學顯微鏡分析技術已經形成了一門獨立的分支學科。下面將簡要介紹腐蝕失效分析中常用的一些電子光學顯微鏡分析方法,以及它們的基本原理和實際應用。
      透射電子顯微鏡技術
      透射電子顯微鏡(TEM)是一種高分辨率、高放大倍數的電子光學儀器,它利用具有偏光片矩的電子束作為照明光源,利用電磁透鏡進行聚焦和成像。它由電子光學系統(鏡筒)、電源和控制系統(組件)組成。包括電子槍高壓電源、鏡頭電源、控制電路電源等。)和真空系統。鏡筒是顯微鏡的放大成像部件,其光路原理與透射光學顯微鏡非常相似。圖8-7是透射電子顯微鏡和透射光學顯微鏡的示意圖。
      電子光源系統
      它由兩部分組成:316不銹鋼管照明和成像。前者由燈絲、柵極和陽極組成,形成三能級電子。燈絲被施加負高壓,柵極電壓略高于燈絲電壓,以控制燈絲發射的電子。此外,增加一級或二級聚光器,進一步聚集電子束,提高大直徑厚壁鋼管的電子密度,從而提高亮度。
      照明部分由電子和聚光器組成。它的作用是將陰極發射的電子束交叉點上的所有能量以最小的損失轉移到樣品上,這有助于提高電子束密度和會聚發散的電子。
      成像部分由物鏡、中間鏡和投影鏡組成。中間透鏡是可變放大率的弱透鏡,用于控制總放大率,而物鏡和投影透鏡是具有放大率的透鏡,它們一起形成總放大率。在照明和成像部分之間有一個樣品室,其主要功能是通過樣品臺運送樣品。為了滿足電子衍射條件,樣品應該能夠傾斜或旋轉并安裝除平移以外的其他附件。
      顯示和記錄系統
      放大的電子束照射到觀察室的熒光屏上顯示圖像。316L不銹鋼無縫管一張底片被放在屏幕下面。當屏幕升起時,底片可以曝光來記錄圖像。雖然兩者之間有一定的距離,但由于焦深較大,它們仍然可以聚焦。
      真空系統
      因此,為了保證電子束與大直徑厚壁鋼管樣品相互作用,整個鏡體必須處于真空狀態。真空度要求高于0.133322帕(即10-4毫微克)。
      供電系統
      電源由兩部分組成:一部分是電子的高壓部分,現在大部分使用高頻高壓電路;二是鏡頭的低壓穩流部分。為了保證儀器的性能,兩者的穩定性都小于10-1。
      除了上述系統,現代電子顯微鏡還包括計算機、部件分析、自動控制和其他部件。
      電子顯微鏡的特點是高分辨率和高放大倍數。因此,在光學顯微鏡下不能清楚區分的組織可以在電子顯微鏡下清楚地看到。另外,電子顯微鏡的景深很長,這對于觀察大直徑厚壁鋼管的斷裂非常有利。電子顯微鏡還可以進行選區電子衍射,結合合金ph值的形貌觀察和結構分析

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