KONSTRUKCE Media, s. r. o.Com4In Group
ISSN 1803-8433
English - Google Translate Česky - Překladač Google French - Google Translate Italian - Google Translate German - Google Translate Polish - Google Translate Spanish - Google Translate Swedish - Google Translate   |   Přihlásit se   
Nacházíte se:  Úvod    Povrchová ochrana    Chemická analýza struktury povlaků s rozlišením 170 nm

Chemická analýza struktury povlaků s rozlišením 170 nm

Publikováno: 13.2.2014
Rubrika: Povrchová ochrana

V současnosti je zažitá představa, že rozlišení prvkové EDS analýzy na elektronových mikroskopech činí cca 2 μm. Při užití běžných postupů na mikroskopech s wolframovým vláknem je to pravda, neboť při těchto měřeních je obvykle užíváno urychlovacího napětí 20 kV.

Uvažujeme-li hustotu zinku 7,14 g/cm3 a hustotu železa 7,87 g/cm3 [1]. Intermetalické fáze soustavy Fe-Zn se pohybují v rozmezí koncentrací 70 – 94 % pro jednoduchost tedy uvažujme střední hustotu intermetalik jako vážený průměr hustoto obou kovů, s vahou Zn = 0,85 a Fe = 0,15. Získáme hodnotu 7,25 g/cm3 (zdůrazněme, že přesná hodnota hustot intermetalik nyní není důležitá).

V případě materiálů s vysokou hustotou (tedy kovů) se tvar interakčního objemu mění z hruškovitého na polokulovitý[ 2], lze tedy říci že průměr interakčního objemu je přibližně dvojnásobkem jeho hloubky.

Při užití zjednodušeného vztahu pro hloubku interakčního objemu h[μm] =(E1,5 × 0,1)/ρ , kde ρ je hustota [g/cm3] a E je urychlovací napětí [kV] získáme hloubku interakčního objemu 1,23 μm. Půdorys interakčního objemu má potom skutečně průměr 2,46 μm.

Nabízí se otázka, zda lze snížit hodnotu urychlovacího napětí. V případě běžných elektronových mikroskopů tím značně klesne proud svazku a tedy i intenzita signálu, zhorší se kvalita snímku a na některých pracovištích tento zásah může vyvolat i problémy kvantifikace díky nedostupnosti kalibrace.

Nejdůležitějším momentem však je poloha běžně užívaných Kα spektrálních čar. Pro zinek má hodnotu 8,637 keV a pro železo 6,403 keV [1]. Pro buzení těchto čar je nutné mít urychlovací napětí nastaveno minimálně na tutéž hodnotu, aby čára byla vůbec pozorovatelná. Běžná praxe [2] doporučuje dvoj- až trojnásobek hodnoty za účelem správné kvantifikace. Je tedy zřejmé, že při kalibraci podle K‑čar je užití menšího napětí než 15 kV, nebo dokonce 10 kV, nemyslitelné.

Při užití čar Lα (Fe: 0,705 keV, Zn: 1,012 keV[1]) vyvstává problém s kalibrací a zejména s překryvy s čarami ostatních prvků (O, C, Na, Sb, a další) v této nízkoenergetické oblasti, což vyžaduje vysoké spektrální rozlišení použité aparatury.

Když už přichází v úvahu možnost měření s užitím čar série L, je třeba překonat problémy s povrchovou kontaminací organickými látkami (i při sebelepším čištění vzorku k ní dochází kvůli kontaminaci z vakuového systému mikroskopu) a také nevyhnutelnou oxidací vzorku.

Naše pracovitě je vybaveno elektronovým mikroskopem se polem řízeným zdrojem elektronů (fieldemissiongun, FEG) a velmi solidní EDS aparaturou (pološířka čáry (FWHM) Kα Mn činí maximálně 127 eV). FEG zdroj umožňuje dosahovat vysokých proudů svazku a kvalitního obrazu i při velmi nízkých urychlovacích napětích.

Systém EDS analýzy umožňuje kalibraci při nejméně 4 kV. Kontaminace uhlíkem je odstraňována plazmatickým čistícím systémem a při řádné přípravě vzorků a standardu není problém nevyhnutelnou oxidaci zahrnou do kalibrace. Kalibračním standardem jsou monokrystaly intermetalické sloučeniny FeZn13 (tzv. ζ – fáze), která má velmi úzký interval homogenity při složení 92,86 % at. Zn + 7,14 % at. Fe (v hmotnostních procentech je to 93,84 % Zn a 6,16 % Fe).

Při užití urychlovacího napětí 4 kV jsou splněny excitační požadavky pro obě L – čáry, při řádné kalibraci a statistickém zpracování lze dosáhnout přesnosti analýz ±0,1 %. Pomocí uvedeného zjednodušeného vztahu vychází hloubka interakčního objemu 0,11 μm. Vzhledem k tomu, že urychlovací napětí i energie obou čar
jsou již velmi nízké, je vhodné pro výpočet použít přesnějšího Anderson – Haslerova vztahu [3], který uvažuje rozdíl mezi hranou spektrální série a energií budícího svazku elektronů. Tímto vztahem získáme hloubku, ze které vychází signál zinku 81,5 nm a pro železo je to 85,7 nm. Za předpokladu polokulového interakčního objemu (viz výše) činí tedy rozlišení při měření koncentračního profilu maximálně 170 nm.

Uvedeno metodou je tedy možné spolehlivě zkoumat koncentrační profil vrstev tlustých menších, než 1 μm, jako je tomu např. u fáze Γ a Γ1 na rozhraní žárově zinkovaného povlaku a podkladové oceli (obr. 1).

LITERATURA:
[1] Richtera, L.: Periodický systém prvků. VŠCHt, Praha, 2013.
[2] Goldstein J. et al.: ScanningElectronMicroscopy and X-rayMicroanalysis.s. 286. Springer, New York 2007.
[3] Anderson, C.A., Hasler, M.F.: Proceedingsofthe 4th International Conference on X-ray Optics and Microanalysis (R. Castaign, P. Deschamps and J. Phillibert, eds.), s. 310. Hermann, Paris 1966.

Bookmark
Ohodnoďte článek:

Fotogalerie
Obr. 1 – Koncentrační profil zinku a železa na rozhraní žárově zinkovaného povlaku. V levé části je dobře patrný přechod od fáze Γ1(19 % at. Fe) do fáze Γ (23 % at. Fe).

NEJčtenější souvisejicí články (v posledních 30-ti dnech)

Moření v HCl (141x)
Na povrchu oceli jsou přítomny oxidické vrstvy, vytvořené vzájemnou interakcí oceli a okolního prostředí. Utváření vrste...
Výroba zinku v minulosti a dnes (105x)
Zinok je v súčasnosti štvrtým najpoužívanejším kovom na svete, po železe, hliníku a medi. Na začiatku dvadsiateho storoč...
Požární odolnost ocelových konstrukcíPožární odolnost ocelových konstrukcí (74x)
Ocel je moderní stavební materiál, který má široké možnosti uplatnění ve všech typech staveb. Z hlediska požární odolnos...

NEJlépe hodnocené související články

Studium příčin ztmavnutí povlaku žárového zinku v oblasti svarového spojeStudium příčin ztmavnutí povlaku žárového zinku v oblasti svarového spoje (5 b.)
Objednatele žárového pozinkování mnohdy znepokojuje různorodý vzhled povlaku. U zakázek provedených z rozmanitého materi...
Korozní napadení korozivzdorných ocelí v důsledku svařovaníKorozní napadení korozivzdorných ocelí v důsledku svařovaní (5 b.)
Korozivzdorné oceli patří mezi konstrukční materiály s vysokou korozní odolností v závislosti na způsobu jejich legování...
„Nejvíce zaujal požár skladu pneumatik,“„Nejvíce zaujal požár skladu pneumatik,“ (5 b.)
uvedl v rozhovoru pro časopis KONSTRUKCE doc. Ing. Petr Kučera, Ph.D., vedoucí Katedry požární ochrany Vysoké školy báňs...

NEJdiskutovanější související články

Ochranná maskovací páska do žárového zinkuOchranná maskovací páska do žárového zinku (3x)
Na základě poptávky našich zákazníků na maskování částí ocelových konstrukcí před žárovým pozinkováním jsme se začali za...
Povrchová úprava při výstavbě a rekonstrukcích fotbalových stadionů v JARPovrchová úprava při výstavbě a rekonstrukcích fotbalových stadionů v JAR (2x)
Přelom června a července letošního roku bude ve znamení Mistrovství světa ve fotbale 2010. Tuto sportovní událost poprvé...
Pasivní protipožární ochrana (1x)
Ocel je nehořlavý anorganický materiál používaný pro své fyzikální a mechanické vlastnosti ve stavebnictví a v dalších o...