材料表面分析技術第1頁，課件共62頁，創作于2023年2月一、外觀檢測（visualexamination

）含義：肉眼、樣板或放大鏡

涂層外觀檢測要求：涂層表面保持干凈；檢測要全面、細致；依據相關標準（QJ990.2-1986

）或技術要求。第2頁，課件共62頁，創作于2023年2月不平整、針孔、氧化、脫皮、飛濺、表面裂紋、剝落、麻點、鼓泡、縮孔、疏松、斑點、毛刺、擦傷等表面缺陷的種類及特點：涂層表面缺陷（surfacedefects

）檢測第3頁，課件共62頁，創作于2023年2月二、表面結構的表征表面成分分析

X射線光電子能譜、俄歇電子能譜、低能離子衍射普儀表面結構測定

X射線衍射、電子衍射、中子衍射等表面形貌觀察

光學顯微鏡、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡等第4頁，課件共62頁，創作于2023年2月X射線衍射（XRD）各相物質均具有其獨具的晶體結構。在給定波長的X射線照射下，每種晶體物質都形成自己特定的衍射花樣。對于復相物質，其衍射花樣是各相物質衍射花樣的機械疊加。將被測試樣的衍射花樣與一組標準單相物質的衍射花樣逐一對比，從而判斷其相組成。第5頁，課件共62頁，創作于2023年2月X射線衍射分析的應用物相定性分析物相定量分析點陣常數測定應力測定晶體取向測定第6頁，課件共62頁，創作于2023年2月XRD物相定性分析的過程獲得衍射花樣計算面間距d值和測定相對強度Ⅰ/Ⅰ1檢索PDF卡片和核對PDF卡片分析判定第7頁，課件共62頁，創作于2023年2月XRD定量分析常用的物相定量分析分析方法有三種：1外標法（單線條法）它是用分析相的純樣品的某一衍射線為標準2內標法用摻入試樣內的某已知物相的衍射線為標準3直接對比法

用試樣中另一相的衍射線為標準第8頁，課件共62頁，創作于2023年2月TiC涂層的XRD的譜線第9頁，課件共62頁，創作于2023年2月俄歇電子能譜分析（AES）

俄歇電子能譜（AES）是用具有一定能量的電子束(或X射線)激發樣品俄歇效應，通過檢測俄歇電子的能量和強度，從而獲得有關材料表面化學成分和結構的信息的方法。第10頁，課件共62頁，創作于2023年2月俄歇分析的選擇對于Z≤14的元素，采用KLL俄歇電子分析；14<Z<42的元素，采用LMM俄歇電子較合適；Z>42時，以采用MNN和MNO俄歇電子為佳。俄歇躍遷幾率及熒光幾率與原子序數的關系

Z＜15的輕元素的K系俄歇電子以及所有元素的L系和M系俄歇電子產額都很高。由此可見，俄歇電子能譜對輕元素的檢測特別敏感和有效。第11頁，課件共62頁，創作于2023年2月第12頁，課件共62頁，創作于2023年2月主要組成部分：電子槍、能量分析器、二次電子探測器、（樣品）分析室、濺射離子槍和信號處理與記錄系統等。俄歇譜儀示意圖第13頁，課件共62頁，創作于2023年2月直接譜與微分譜直接譜：俄歇電子強度[密度(電子數)]N(E)對其能量E的分布[N(E)~E]。微分譜：由直接譜微分而來，是dN(E)/dE對E的分布[dN(E)/dE~E]。俄歇電子能譜示例(銀原子的俄歇能譜)

第14頁，課件共62頁，創作于2023年2月AES定性分析實際分析的俄歇電子譜圖是樣品中各種元素俄歇電子譜的組合，定性分析的方法是將測得的俄歇電子譜與純元素的標準譜圖比較，通過對比峰的位置和形狀來識別元素的種類。AES定量分析俄歇電子強度與樣品中對應原子的濃度有線性關系，據此可以進行元素的半定量分析。第15頁，課件共62頁，創作于2023年2月成分深度分析AES的深度分析功能是AES最有用的分析功能,主要分析元素及含量隨樣品表面深度的變化。鍍銅鋼深度分析曲線

第16頁，課件共62頁，創作于2023年2月微區分析

微區分析也是俄歇電子能譜分析的一個重要功能，可以分為選點分析，線掃描分析和面掃描分析三個方面。第17頁，課件共62頁，創作于2023年2月X射線光電子能譜(XPS)X射線光電子能譜（XPS）：激發源為X射線，用X射線作用于樣品表面，產生光電子。通過分析光電子的能量分布得到光電子能譜。用于研究樣品表面組成和結構。第18頁，課件共62頁，創作于2023年2月

XPS圖譜如圖以Mg

為激發源得到的Ag片的XPS

譜圖。圖中有

Ag3d3/2和Ag3d5/2光電子兩個強特征峰。用于鑒別銀。第19頁，課件共62頁，創作于2023年2月X射線光電子能譜儀

XPS儀由X射線激發源、樣品臺、電子能量分析器、檢測器系統、超高真空系統等部分組成。第20頁，課件共62頁，創作于2023年2月X射線光電子能譜儀第21頁，課件共62頁，創作于2023年2月定性分析不同元素的原子，其電子結合能不同，電子結合能是特征性的。因此，我們可以根據電子的結合能對物質的元素種類進行定性分析。半定量分析經X射線照射后，從樣品表面某原子出射的光電子的強度是與樣品中該原子的濃度有線性關系，因此，可以利用它進行元素的半定量分析。X射線光電子能譜定性、定量分析第22頁，課件共62頁，創作于2023年2月硅晶體表面薄膜的物相分析對薄膜全掃描分析得下圖，含有Zn和S元素但化學態未知。第23頁，課件共62頁，創作于2023年2月為得知Zn和S的存在形態，對Zn的最強峰進行窄掃描，其峰位1022eV比純Zn峰1021.4eV更高，說明Zn內層電子的結合能增加了，即Zn的價態變正，根據含有S元素并查文獻中Zn的標準譜圖，確定薄膜中Zn是以ZnS的形式存在的。

第24頁，課件共62頁，創作于2023年2月宏觀形貌：體視顯微鏡、（數碼）照相機第25頁，課件共62頁，創作于2023年2月手段：光學顯微鏡、電子顯微鏡（SEM、TEM）目的：涂層微觀組織結構過程：取樣→鑲嵌→磨制→拋光→腐蝕→金相試樣→觀察（OM、SEM或TEM）顯微組織結構分析第26頁，課件共62頁，創作于2023年2月SEMSEM成像原理：利用掃描電子束從樣品表面激發出各種物理信號來調制成象的。物理信號：二次電子、背散射電子、俄歇電子、特征X射線等SEM的特點

分辨本領高、放大倍率可連續變化、景深長、視野大、成像富有立體感、試樣制備簡單第27頁，課件共62頁，創作于2023年2月掃描電鏡的構造電子光學系統信號的收集和圖像顯示系統真空系統第28頁，課件共62頁，創作于2023年2月SEM試樣的制備一般固體材料的試樣制備都比較簡單對于導電材料，只有幾何尺寸和重量的要求，具體大小因掃描電鏡的型號不同而有所差異對于導電性差的材料或絕緣材料，通常要蒸鍍一層薄的導電材料，如金、銀、碳等第29頁，課件共62頁，創作于2023年2月SEM的應用二次電子形貌襯度應用—斷口形貌分析第30頁，課件共62頁，創作于2023年2月背散射電子原子序數襯度應用背散射電子的信號即可以用來進行成分分析，也可以用于形貌分析，但是他進行形貌分析的分辨率遠比二次電子低利用原子序數造成的襯度變化對金屬和合金進行定性的成分分析，試樣中重元素對應于圖像上的亮區，輕元素對應暗區第31頁，課件共62頁，創作于2023年2月第32頁，課件共62頁，創作于2023年2月TEMTEM工作原理：在一個高真空系統中，由電子槍發射電子束，穿過被研究的樣品，經電子透鏡聚焦放大，在熒光屏上顯示出高度放大的物像，還可作攝片記錄的一類最常見的電子顯微鏡。

成像原理：成像原理與光學顯微鏡相同，透視通過透鏡聚焦成像。但也有區別：照明光源不同；聚焦透鏡不同；透射電鏡可形成電子衍射圖像；圖像顯示方式不同

第33頁，課件共62頁，創作于2023年2月TEM的結構電子光學系統照明系統、樣品室、成像系統、觀察記錄系統電源與控制系統真空系統第34頁，課件共62頁，創作于2023年2月TEM試樣制備影響因素：真空的影響、電子損傷的影響、電子束透射能力的影響制備方法：直接透射法、復型法、切片法、離子刻蝕減薄法TEM的應用相分布表面形貌位錯、層錯、晶界、孿晶界等第35頁，課件共62頁，創作于2023年2月TiC顆粒TEM形貌第36頁，課件共62頁，創作于2023年2月透射電鏡下觀察到的雙相鋼中的位錯線第37頁，課件共62頁，創作于2023年2月三、物理及力學性能檢測1.厚度的測定局部厚度和平均厚度檢測非破壞性檢測（無損檢測）：厚度測試儀破壞性檢測方法：金相顯微鏡第38頁，課件共62頁，創作于2023年2月厚度測試儀第39頁，課件共62頁，創作于2023年2月過程：制備涂層斷面試樣，用帶有測微目鏡的金相顯微鏡觀察特點：準確度高，判別直觀金相顯微鏡法第40頁，課件共62頁，創作于2023年2月2.硬度試驗關系到涂層的耐磨性、強度及壽命等宏觀硬度與顯微硬度宏觀硬度（平均硬度）：布氏、洛氏和維氏硬度計，以涂層整體大范圍壓痕為測定對象顯微硬度（相或顆粒的硬度）：顯微硬度計，以涂層中相或微粒為測定對象第41頁，課件共62頁，創作于2023年2月

Ni60熔覆層硬度隨熔覆溫度的變化曲線第42頁，課件共62頁，創作于2023年2月3.結合強度（附著力）試驗定義：單位表面積的涂層從基體或中間涂層上剝落下來所需要的力。結合力不符合要求，涂層的使用壽命會降低測量方法：定性檢測，柵格試驗、彎曲試驗、沖擊試驗、杯突試驗定量檢測，抗拉強度試驗、剪切強度試驗第43頁，課件共62頁，創作于2023年2月柵格試驗原理：用硬質鋼針或刀片將涂層切斷至基體，使之形成一定尺寸的方形格子，涂層不應產生剝離第44頁，課件共62頁，創作于2023年2月彎曲試驗原理：矩形試樣，在萬能實驗機上三點或四點彎曲使其形成一定撓度（0.1%）第45頁，課件共62頁，創作于2023年2月沖擊試驗過程：用錘擊或落球對試樣表面的涂層反復沖擊，涂層在沖擊力作用下局部變形、振動、疲勞以至最終剝落評價：以錘擊（或落球）次數評價涂層與基體結合強度錘擊試驗：專用振動器，扁平沖擊錘落球試驗：5-50mm鋼球，一定高度、傾斜角第46頁，課件共62頁，創作于2023年2月抗拉結合強度試驗定義：涂層與基體結合面承受法線方向拉伸應力的極限能力國標：GB/T8642-2002熱噴涂抗拉結合強度測定第47頁，課件共62頁，創作于2023年2月涂層剪切強度試驗定義：涂層與基體結合面承受切線方向剪切應力的極限能力國標：GB/T13222一91金屬熱噴涂剪切強度測試第48頁，課件共62頁，創作于2023年2月四、耐蝕性檢測目的：檢查涂層抵抗環境腐蝕的能力，考察其防護基體的壽命。大氣暴露（即戶內外曝曬）試驗

目的：評定涂層在大氣環境下的耐蝕性使用環境試驗

目的：評定涂層在使用環境中的耐蝕性人工模擬和加速腐蝕試驗

目的：評定涂層耐蝕的性能第49頁，課件共62頁，創作于2023年2月1.耐腐蝕性能的評定方法重量法（增重法和失重法）以試樣腐蝕前后的重量差來表征腐蝕速度

表面觀察法（宏觀觀測和顯微觀測）宏觀觀測：就是對材料在腐蝕前后及去除腐蝕產物前后的形態做肉眼分析

顯微觀測：就是對受腐蝕的試樣進行金相檢查或斷口分析，或者用掃描電鏡、透射電鏡、電子探針等做微觀組織結構和相成分的分析電化學測試法。第50頁，課件共62頁，創作于2023年2月通過SEM背散射模式觀察腐蝕試樣氧化膜界面的形貌A890雙相不銹鋼的極化曲線第51頁，課件共62頁，創作于2023年2月天然環境暴露試驗

人工加速模擬鹽霧環境試驗

中性鹽霧（NSS）試驗：8~3000h，PH6.5~7.5，5%NaCl水溶液，35.0±1.1℃或35.0±1.7℃醋酸鹽霧（AASS）試驗：140~240h，5%NaCl，乙酸調整PH3.1~3.3，溫度同上銅鹽加速醋酸鹽霧（CASS）試驗：6~720h，3.8L5%NaCl水溶液加CuCl2·H2O，PH6.5~7.5，49.0±1.1℃或49.0±1.7℃交變鹽霧試驗：實際上是中性鹽霧試驗加恒定濕熱試驗。2.鹽霧試驗目的：用于考核產品、材料及其防護層抗鹽霧腐蝕能力

第52頁，課件共62頁，創作于2023年2月腐蝕膏：高嶺土中加入銅、鐵等腐蝕鹽類三價鐵使涂層引起應力腐蝕銅鹽使涂層產生點蝕、裂紋和剝落、碎裂等氯化物的存在使涂層腐蝕加速3.腐蝕膏腐蝕試驗（CORR）國標：GB/T6465-2008過程：涂覆→自然干燥→潮濕箱→清洗→評定特點：測試簡便、試驗周期短、重現性好第53頁，課件共62頁，創作于2023年2月4.SO2工業氣體腐蝕試驗以一定濃度的SO2氣體，在一定溫度和一定相對濕度下對涂層做腐蝕試驗第54頁，課件共62頁，創作于2023年