ISSN 1318-0010 KZLTET 32(3-379)165(1998) MIKROANALIZA FAZ V JEKLIH IN NIKLJEVIH ZLITINAH S POVRATNO SIPANIMI ELEKTRONI V VRSTIČNEM ELEKKTRONSKEM MIKROSKOPU PHASE MICROANALYSIS IN STEELS AND NICKEL ALLOYS BY BACKSCATTERED ELECTRONS IN THE SCANNING ELECTRON MICROSCOPE HENRIK KAKER1, V. MARINKOVIĆ2 1SZ-Metal Ravne, d.o.o., SEM-EDS Laboratorij, Koroška cesta 14, 2390 Ravne na Koroškem 2Institut Jožef Stefan, 1000 Ljubljana Prejem rokopisa - received: 1997-10-01; sprejem za objavo - accepted for publication: 1997-12-19 V članku obravnavamo uporabo povratno sipanih elektronov v vrstičnem elektronskem mikroskopu za mikroanalizo binarnih in psevdo-binarnih faz v jeklih in nikljevih zlitinah. Z meritvijo koeficienta povratnega sipanja in v kombinaciji z rezultati mikroanalize EDS je možno identificirati faze z lahkimi elementi, kot so karbidi, karbonitridi, nitridi in boridi, ter ugotoviti njihovo sestavo. Ključne besede: vrstični elektronski mikroskop, povratno sipani elektroni, koeficient povratnega sipanja, mikroanaliza, faze v jeklih in nikljevih zlitinah The use of backscattered electrons in the scanning electron microscope for microanalysis of binary and pseudo-binary phases in steels and nickel alloys is described. By measurements of backscattering coefficients in combination with the EDS analysis the presence of light elements can be detected in phases like carbides, carbonitrides, nitrides and borides. Key words: scanning electron microscope, backscattered electrons, backscattering coefficients, microanalysis, phases in steels and nickel alloys 1 UVOD Osnova za analizo kemijske sestave materialov z uporabo povratno sipanih elektronov (PSE) v vrstičnem elektronskem mikroskopu (SEM)1-3 je monoton porast koeficienta PSE z atomskim številom elementov, in sicer je ta porast za lažje elemente (Z < 30) nekoliko hitrejši kot za težje (slika 1). Taka odvisnost koeficienta PSE, ki je definiran z razmerjem med tokom PSE in tokom vpadnih elektronov, se lahko uporabi za identifikacijo in kvantitativno analizo binarnih in psevdo - binarnih faz3. Analiza s PSE ne more nadomestiti rentgenske mik-roanalize z energijsko disperzivnim (EDS) spektrometrom, ampak je predvsem dopolnilna metoda k analizi EDS faz z lahkimi elementi z atomskimi števili pod 11, ki jih z EDS-detektorji z berilijevim oknom ni mogoče analizirati zaradi absorpcije rentgenske svetlobe v oknu detektorja. Kombinacija EDS-analize in analize s PSE omogoča identifikacijo in določitev sestave faz, kot so karbidi, karbonitridi, nitridi, boridi in oksidi, vendar pa je kvantitativna analiza omejena na binarne in psevdo-bi-narne faze. Poleg hitre kvalitativne in kvantitativne analize teh faz omogoča analiza s PSE tudi meritve debeline delcev v matricah ter debeline in sestave površinskih tankih plasti. V vseh omenjenih primerih je za analize potrebno poznavanje odvisnosti koeficientov PSE od atomskega števila. V literaturi so podani razni analitični modeli pa tudi empirične enačbe za izračun koeficientov PSE4. Za KOVINE, ZLITINE, TEHNOLOGIJE 32 (1998) teoretične izračune je zaradi narave sipalnega procesa posebej primerna metoda simulacije Monte Carlo (MC)5. V članku so prikazani rezultati MC-izračunov globin in premerov interakcijskih volumnov v zvezi z analizno problematiko, specifičnosti meritev relativnih koeficientov PSE ter postopek in rezultati analize nekaterih faz, ki vsebujejo lahke elemente. 2 SIMULACIJA MONTE CARLO Interakcije elektronov z atomi vzorca so zelo kompleksne narave. Preden elektron izgubi svojo energijo ali izstopi iz vzorca, doživi mnoge elastične in neelastične trke. Za obravnavo interakcij vpadnega elektrona se uporablja metoda Monte Carlo5, s katero simuliramo tridimenzionalne trajektorije vpadnega elektrona v vzorcu. Realni curek elektronov je sestavljen iz mnogih elektronov, zato moramo v izračunu simulirati veliko število elektronov. Simulacija Monte Carlo se v elektronski mikroskopiji uporablja za določitev velikosti primarnega interakcijskega volumna, kotne in energijske porazdelitve in interakcijskih volumnov povratno sipanih in sekundarnih elektronov, izračun koeficientov transmisije, porazdelitve rentgenskega signala z globino in simulacijo katodne luminiscence. Programi za MC-simu-lacije so fleksibilni glede definiranja instrumentalnih parametrov in relevantnih karakteristik vzorca6, zato je metoda pomemben pripomoček pri analizi meritev povratnega sipanja elektronov. Uporaba MC simulacije 3-4 165 H. Kaker, V. Marinkovic: Mikroanaliza faz v jeklih . Slika 1: Odvisnost koeficienta PSE od atomskega {tevila vzorca12 Figure 1: Variation of backscattered electron coefficient with atomic number12 je {e posebej nepogre{ljiva v primerih, ko so lateralne dimenzije analiziranih podro~ij, npr. izlo~kov v matricah, primerljive s premeri interakcijskih volumnov elektronov. Za simulacijo sipanja elektronov z metodo Monte Carlo so v rabi razli~ni modeli, ki se med seboj razlikujejo po na~inu opisa trajektorij elektronov v vzorcu. Za izra~une, potrebne pri analiznih meritvah, smo uporabili model ve~kratnega sipanja6, ki je primeren za opis karakteristik PSE v SEM v energijskem območju med 5 in 40 keV. Zanemaritev neelasti~nega sipanja v modelu povzroči le majhno napako, zelo pa poenostavi in za pet- do osem-krat skraj{a izračune v primerjavi z modelom enkratnega sipanja6. Za uporabljeni model smo napisali ra~unalni{ki program v programskem jeziku Power Basic verzija 2.0 (Spectra Publishing, ZDA) za IBM PC ali kompatibilni računalnik. Pri izračunih smo simulirali od 1000 do 5000 trajektorij elektronov na računalniku IBM PC s 75 MHz Pentium-procesorjem. Potreben čas za simulacijo 5000 elektronov je okrog 6 minut. Pri simulaciji 5000 elektronov je relativna napaka rezultata simulacije 1,4%. Slika 2: Interakcijski volumen za primarne elektrone in PSE za Fe pri 25 keV in pravokotnem vpadu elektronov (simulacija 100 elektronov) Figure 2: Interaction volume of primary electrons and backscattered electrons at 25 keV in Fe, normal incidence, (simulation of 100 electrons) V tabeli 1 so podani tako izračunani premeri in globine interakcijskih volumnov v Fe za primarne in PS elektrone ter za karakteristično rentgensko sevanje FeKa v odvisnosti od energije pri pravokotnem vpadu elektronov. Za 25 keV elektrone sta interakcijska volumna za primarne in PS-elektrone prikazana tudi grafično na sliki 2. Izračuni so tudi pokazali, da 90% PSE izstopa s povr{ine, katere premer je okrog 30% dosega elek-tronov7. Iz rezultatov v tabeli izhaja, da so izstopni volumni za PSE manj{i od ustreznih vrednosti za FeKa, oziroma, da je prostorska ločljivost7 analize s PSE bolj{a kot pri rentgenski mikroanalizi. Tabela 1: Izračunane dimenzije (mm) interakcijskih volumnov v Fe v odvisnosti od energije Table 1: Dependance of energy and calculated dimensions (mm) of interaction volumes in Fe Ener- Primarni gija Eo elektroni (keV) premer globina _(mm) (mm) Fe Ka premer globina (mm) (mm) Povratno sipani elektroni premer globina (mm) (mm) 1 0,06 0,04 - - 0,04 0,02 5 0,22 0,17 - - 0,14 0,07 10 0,67 0,54 0,61 0,49 0,41 0,12 15 1,37 1,12 1,26 0,99 0,93 0,41 20 2,22 1,84 2,20 1,80 1,46 0,80 25 3,36 2,67 3,25 2,63 2,07 0,96 30 4,54 3,66 4,51 3,58 3,54 1,44 35 6,30 4,83 6,26 4,72 4,08 1,81 40 7,57 6,10 7,36 5,90 5,84 2,25 3 MERITVE RELATIVNEGA KOEFICIENTA POVRATNEGA SIPANJA Za detekcijo PSE v SEM se uporabljajo polprevodniki detektorji8, ki so navadno izdelani kot simetrični elementi s centralno odprtino in omogočajo detekcijo PSE z energijami okrog 1 keV in ločljivostjo 0,2 atomskega {tevila. Za meritve koeficientov PSE s polprevodni{kim detektorjem je treba poznati karakteristike detektorja (spodnji prag detekcije, izkoristek) ter kotne in energijske porazdelitve PSE, ki pa so odvisne od sestave vzorca. Ker ti parametri večinoma niso poznani, so za analizne meritve pri uporabi polprevodni{kega detektorja primerne le meritve relativnih koeficientov PSE. Ta je definiran kot razmerje med signalom vzorca in standarda. Meritev je uspe{na pri pogoju, da so vse nastavitve na SEM konstantne za vzorec in standard. Ker na meritve relativnih koeficientov vpliva več eksperimentalnih faktorjev, je treba zvezo med koeficienti PSE in Z določiti eksperimentalno s primerno kalibracijo. Glavni faktorji, ki vplivajo na meritev relativnega koeficienta PSE, so: a) Geometrija vzorec - detektor: Razdalja med vzorcem in detektorjem je kritična, ker določa prostorski kot detekcije PSE. Pri uporabi polprevodni{kega detektorja, name{čenega pod polove čevlje objektivne leče 380 KOVINE, ZLITINE, TEHNOLOGIJE 32 (1998) 5 H. Kaker, V. Marinkovic: Mikroanaliza faz v jeklih . (slika 3), je razdalja med vzorcem in detektorjem zelo natančno nastavljiva z Z - goniometrsko stopnjo. b) Meritev signala: Ojačeni napetostni signal iz detektorja PSE se vodi na SEM monitor in se lahko uporabi za meritev relativnega koeficienta PSE. Vendar je treba v tem primeru zagotoviti konstantnost preveč parametrov, kot so razdalja vzorec - detektor, tok curka elektronov in nastavitve na ojačevalniku. Zaradi tega smo vse meritve signala opravili neposredno na izhodu detektorja z merilnikom toka. c) Tok curka in odziv detektorja: Ker je merjeni signal sorazmeren toku curka, so meritve relativnih koeficientov PSE reproducibilne samo, če je tok curka med meritvijo konstanten na vzorcu in standardu. Tok curka smo merili s Faradayevo kletko, vgrajeno v nosilec vzorca. Preizkušanje odziva detektorja s serijo meritev na bakrovem standardu v območju med 6 in 30 keV je pokazalo, da je v območju nad 13 keV odziv detektorja linearen (slika 4). d) Topografija vzorca: Signal PSE je odvisen od variacij topografije vzorca2. Prispevek zaradi topografije vzorca se eliminira z zelo skrbno pripravo vzorcev in končnim poliranjem z 1/4 mm diamantno pasto. Meritev hrapavosti poliranega vzorca je bila opravljena z merilnikom Panthomether 5SP v metrološkem laboratoriju firme SZ-STO Ravne, d.o.o. Za polirani vzorec jekla OCR 12 je povprečna vrednost petih meritev Ra = 0,03 mm (aritmetično srednje odstopanje od izmerjenega profila hrapavosti). e) Kontaminacija površine vzorca: V mnogih primerih na sveže poliranih vzorcih zelo hitro zraste na zraku oksidna plast2 debeline do 5 nm. Dodatna plast kontaminacije se lahko nabere na površini vzorca v SEM kot posledica interakcije med curkom elektronov in ogljiko vodikovimi komponentami preostale atmosfere. Vpliv kontaminacije se lahko ugotovi z opazovanjem spremembe signala PSE v odvisnosti od časa. V 200 sekundah se merjeni signal PSE od bakrovega standarda, obsevanega z 20 keV curkom, zmanjša za 0,5%. Ker pa je navadno čas analize krajši od 5 sekund, je vpliv kontaminacije zanemarljiv. 4 EKSPERIMENTALNO DELO 4.1 Priprava vzorcev Uporabljeni standardi (čistota 99,9 mas.%) elementov za pripravo kalibracijske krivulje, vzorci jekel in nikljevih zlitin so bili kemično analizirani v kemijskem laboratoriju firme SZ - Metal Ravne, d.o.o. z rentgenskim kvantometrom firme ARL. Vse vzorce smo skupaj z bakrovim standardom (čistota 99,9 mas.%) zalili v hladno strjevalno maso in jih pripravili kot je potrebno za opazovanje v mikroskopu. Vse vzorce smo pred meritvijo kratek čas odpolirali z 1/4 mm diamantno pasto, da smo odstranili eventualno oksidno plast in jih takoj vstavili v SEM. Sestava preiskovanih vzorcev je podana v tabeli 2, njihove oznake so v skladu z razvrstitvijo jekel firme SZ - Metal Ravne, d.o.o. Tabela 2: Kemijska sestava vzorcev (v mas.%) Table 2: Chemical compostion of samples (in weight %) C 45 OC120 OCR12 OCR12VM PK 924 N80A C 0,44 1,05 2,02 1,56 0,08 0,03 Al - - 0,019 0,042 0,69 1,26 Si 0,24 0,15 0,25 0,24 0,87 0,19 P 0,022 0,017 0,021 0,034 0,025 - S 0,073 0,020 0,08 0,020 0,018 0,002 Ti - - - 0,017 - 2,28 V - 0,02 - 0,99 - - Cr 0,23 0,08 11,72 11,58 17,42 19,40 Mn 0,48 0,22 0,32 1,65 0,57 0,07 Fe 97,98 98,19 85,16 81,26 79,92 1,21 Co - - - 0,078 - - Ni 0,23 0,02 0,21 0,11 0,13 75,55 Cu 0,27 0,23 0,12 0,21 0,20 0,01 Mo 0,03 - 0,08 2,11 0,08 - W - - - 0,10 - - Slika 3: Shema meritve relativenga koeficienta PSE Figure 3: Backscattered coefficient measurement arrangement Slika 4: Izhod iz detektorja v odvisnosti od energije elektronskega curka Figure 4: Variation of detector output signal with the energy of electron beam 381 KOVINE, ZLITINE, TEHNOLOGIJE 32 (1998) 5 H. Kaker, V. Marinkovic: Mikroanaliza faz v jeklih . 4.2 Meritve Vse meritve smo opravili z instrumentom SEM JEOL 35 - CF. Relativne koeficiente PSE smo merili s pol-prevodni{kim detektorjem JEOL 35 - BEI, tokove pa z merilnikom toka firme K.E. Developments9 z merilnim območjem 1.10-6 do 1.10-10 A (to~nost +/- 2% v območju 1.10-6 do 1.10-9 A in +/- 5% v območju 1.10-9 do 1.10-10 A). Pri vseh meritvah smo kot standard uporabil baker. Zaradi težav, omenjenih v točki 3.b, smo signal PSE merili neposredno na izhodu detektorja PSE. Vse analize smo opravili na 5 naključno izbranih mestih vzorcev z metodo točkovne analize pri pravokotnem vpadu elektronov in 10 mm razdalji vzorec - detektor ter v analiznem času 3 s. Pospeševalne napetosti pri meritvah so bile izbrane v skladu z velikostjo analiziranih delcev, tako da ni prišlo do prodiranja elektronov v matrico in lateralnega sipanja elekronov. Premer curka elektronov se v SEM meri z linijskim rastriranjem preko roba zlomljene rezine Si in meritvijo signala presevnih elektronov. Ker SEM JEOL JSM 35 - CF ni opremljen z detektorjem presevnih elektronov, smo premer curka elektronov ocenil z uporabo Smithovega10 diagrama. Za pospeševalne napetosti med 10 in 30 keV, tokove 10-8 do 10-10 A in volframovo nitko je ocenjeni premer curka elektronov med 10 in 200 nm in je bistveno manjši od premera analiziranih faz. Za analize EDS smo uporabili energijski spektrometer EDAX 9100/40, za rentgensko uklonsko analizo (XRD) pa strukturni rentgen Siemens Kristalloflex 4. SEM-slike so bile posnete z uporabo povratno sipanih elektronov in prikazujejo Z-kontrast, to je kontrast zaradi razlik v poprečnem atomskem številu prisotnih faz. 4.3 Kalibracija Za kalibracijo smo uporabili številne vzorce čistih elementov, ki smo jih analizirali pri 15, 20 in 25 keV in pravokotnem vpadu elektronov, 10 mm razdalji vzorec -detektor in konstantnem toku curka. Vse vrednosti izmerjenih signalov so normalizirane glede na vrednost, dobljeno na bakrovem standardu. Z metodo najmanjših kvadratov smo dobil enačbe za odvisnost relativnega koeficienta PSE od atomskega števila pri 15, 20 in 25 keV za območje od Z = 6 do Z = 83: hr = a+b.10-2.Z+c.10-4.Z2+d.10-6.Z3, (1) kjer je hr relativni koeficient PSE in Z atomsko število. Vrednosti koeficientov a, b, c in d za vse tri energije so podane v tabeli 3. Tabela 3: Koeficienti a, b, c in d v enačbi (3) Table 3: Coefficients a, b, c in equation (3) keV a b c 15 -0,220 6,325 -9,135 20 -0,223 6,383 -9,348 25 -0,223 6,385 -9,237 5 ANALIZA FAZ, KI VSEBUJEJO LAHKE ELEMENTE S KOMBINACIJO ANALIZE S PSE IN EDS 5.1 Opis postopka Pri analizi s PSE ugotovimo povprečno atomsko število faze Zp(PSE) iz izmerjenega relativnega koeficienta PSE in ustrezne kalibracijske krivulje. V primeru, da je razlika vrednosti povprečnih atomskih števil dveh faz manjša od ločilne zmožnosti polprevodniškega detektorja, (po podatkih iz literature8 je AZ p 0,2) ju samo s PSE ni mogoče razlikovati. Vendar pa ju v takem primeru, kot npr: AlN z Zp = 10,9 in SiO2 z Zp = 10,8 v SEM lahko identificiramo z EDS. V splošnem lahko sestavo faz z lahkimi elementi ugotovimo s kombinacijo podatkov EDS-analize in analize s PSE. Pri tem je strategija analize naslednja. Analizi s PSE in EDS dajeta podatke o povprečnem atomskem številu faze, prisotnih elementih in njihovi količini oziroma relativnih deležih teh elementov. Povprečno atomsko število faze Zp(EDS) izračunamo iz podatkov EDS-analize in je po enačbi Danguya in Quivya2: n Ea • z2 Z = --(2) Xa • Z i=1 kjer je ai - število atomov in Zi - atomsko število i - te komponente v fazi. V primerih, ko je Zp(EDS) p Zp(PSE), faza ne vsebuje lahkih elementov, Zp(EDS) večji od Zp(PSE) pa pomeni, da analizirana faza vsebuje lahke elemente. Iz tako dobljenih podatkov nato sestavo faze izračunamo z uporabo Castaingove enačbe4, po kateri je koeficient PSE večkomponentnega vzorca hp enak vsoti produktov masnih koncentracij elementov ci, ki sestavljajo vzorec, in njihovih koeficientov PSE hi: nn hp = X ci • hi , X ci = 1 (3) i=1 i=1 in ki omogoča določitev sestave binarnih in psevdobi-narnih faz. 5.2 Rezultati analize faz v jeklih in nikljevih zlitinah Uporabnost PSE za analizo faz, ki vsebujejo lahke elemente, smo preizkusili na sulfidnih in oksidnih vključkih ter na karbidu in karbonitridu v vzorcih orodnih in nerjavnih jeklih ter nikljevih zlitin. Za analizo so bili izbrani le delci faz s premeri, večjimi od premerov interakcijskih območij izračunanih z Monte Carlo simulacijo, ki so podani v tabeli 4a. Sestavo faz pri EDS in PSE-analizi smo izračunali po metodi ZAF (program CITZAF11) in rešitvijo enačbe (3), kot je opisano v prejšnji točki. 382 KOVINE, ZLITINE, TEHNOLOGIJE 32 (1998) 5 H. Kaker, V. Marinkovic: Mikroanaliza faz v jeklih . Tabela 4a: Rezultati izra~una Monte Carlo vzbujevalnih volumnov za analizirane faze Table 4a: Results of Monte Carlo calculation of interaction volumens for the phases Analizirana Vzorec Posp. napetost Premer faze Vzbujevalni volumen Vzbujevalni volumen povratno faza (kV) (|m) primarnih elektronov sipanih elektronov _premer (|mm) globina (|mm) premer (|mm) globina (|mm) MnS CK 45 25 2,5-35 5,58 2,58 4,58 0,83 Fe3C OC 120 15 0,4-2 0,98 0,40 0,64 0,15 M7C3 OCR 12 25 1-10 3,45 1,50 2,45 0,55 SiO2 OCR 12VM 25 10-200 8,23 3,80 4,94 1,29 Al2O3 PK 924 25 10-50 4,64 2,35 3,35 0,71 Ti(C,N)_N80A_25_5-10_4,57_2M_3,07_0,78 Tabela 4b: Izra~unani in izmerjeni relativni koeficienti PSE in povpre~na atomska {tevila analiziranih faz Table 4b: Calculated and measured relative backscattered electron coefficients and averaged atomic numbers of analyzed phases Analizirana faza Relativni koeficient PSE (MC) hr Relativni koeficient PSE (izmerjen hr) Atomsko {tevilo dobljeno s PSE Zp Atomsko {tevilo dobljeno s EDS Zp EDS sestava v mas.% MnS 0,78 0,76 21,10 21,51 38,8%S, 61,2%Mn Fe3C 0,93 0,86 24,71 26 100%Fe M7C3 0,88 0,81 22,86 24,90 55,1%Cr, 44,9%Fe SiO2 0,39 0,37 9,78 14 100%Si Al2O3 0,38 0,36 9,53 13 100%Al Ti(C,N) 0,59 0,60 16,02 22 100%Ti Tabela 4c: Korigirane sestave faz Table 4c: Corrected phase composition Analizirana faza Korigirana sestava v mas.% Korigirana sestava v mas.% Korigirano atomsko {tevilo ZP MnS 39,8% S, 60,2% Mn 52,6% S, 47,4% Mn 21,42 Fe3C 4,7% C, 95,3% Fe 18,6% C, 81,4% Fe 25,06 M7C3 8,7%C,50,3%Cr,40,9%Fe 29,8%C,39,1%Cr,30,3%Fe 23,3 SiO3 49,1% O, 50,9% Si 63,4% O, 36,6% Si 11,05 Al2O3 44,2% O, 55,8% Al 57,8% O, 42,2% Al 10,79 Ti(C,N) 13,9%C,16,1%N,70,0%Ti 30,7%C,30,5%N,38,8%Ti 17,36 Slika 5: MnS vklju~ki, Z-kontrast in EDS-spekter Figure 5: MnS inclusions, Z-contrast and EDS specter 383 KOVINE, ZLITINE, TEHNOLOGIJE 32 (1998) 5 H. Kaker, V. Marinkovic: Mikroanaliza faz v jeklih . Slika 6: Fe3C faze, Z-kontrast in EDS-spekter Figure 6: Fe3C phases, Z-contrast and EDS specter MC LLC i» I» oo E i» B fctf/ IÛ tfVVth. iJ.nc Fe Uu^i 3 4 1 EtwguftM Slika 7: M7C3 faze, Z-kontrast in EDS spekter Figure 7: M7C3 phases, Z-contrast and EDS specter V tabeli 4a so zbrani podatki o pospe{evalnih napetostih, območjih velikosti delcev analiziranih faz in izračunani premeri in globine interakcijskih volumnov za primarne in povratno sipane elektrone. V tabeli 4b so primerjani izračunani izmerjeni relativni koeficienti PSE in poprečna atomska {tevila iz PSE in iz EDS-analiz ter sestava faz, določena z EDS-analizo. Korigirane vrednosti sestav v masnih in atomskih odstotkih in korigirana atomska {tevila vsebuje tabela 4c. Relativne napake analize smo izračunali po enačbi: CKA CPSE,EDS 1nn rn = -—-:--100 , CKA (4) kjer je rn - relativna napaka analize, Cpse,eds - masna koncentracija elementa, ugotovljena s PSE ali EDS, in Cka - masna koncentracija elementa, določena s kemijsko analizo (KA). Delci in EDS-spektri ter rentgenograma so prikazani na slikah 5 do 9. Rezultat PSE-analize MnS v jeklu CK45 se precej dobro ujema z rezultati EDS-analize in stehiometrično sestavo (36,8 mas.% S in 63,2 mas.% Mn). Relativna napaka analize, izračunana po enačbi (4), je v primerjavi s 384 Slika 8: Rentgenogram karbidne faze M7C3 v jeklu OCR12 Figure 8: X-Ray diffraction spectrum of M7C3 phase in steel OCR12 stehiometrično sestavo: 8,1 mas.% za S in 4,9 mas.% za Mn. Sestava faze se tudi dobro ujema z objavljenim eksperimentalnim podatkom Schwaaba12 (39,8 mas.% S in 60,2 mas.% Mn). Sestava faze Fe3C v jeklu OC120 se slabo ujema s stehiometrično sestavo (6,7 mas.% C in 93,3 mas.% Fe). Relativna napaka analize je v primerjavi s stehiometrično sestavo: 29,8 mas.% za C in 2,1 mas.% za Fe. Russ13 je v jeklu s krogličnim perlitom dobil sestavo Fe3C (anali- KOVINE, ZLITINE, TEHNOLOGIJE 32 (1998) 5 H. Kaker, V. Marinkovic: Mikroanaliza faz v jeklih . ■MJU TS ™ s ^ ÎWO a ™ a ut IC IDW Lh HO D --1--1---1— - 1-1--1----T---1--- ÎSbrV, UlsVJch.äOLsrc. Ti A A A ... i 4 <■ -<■ ? Slika 9: Ti(C, N) faza, Z-kontrast in EDS spekter Figure 9: Ti(C, N) phase, Z-contrast and EDS specter zirano z EDS za detekcijo lahkih elementov): 6,50 mas.% C in 93,02 mas.% Fe s točnostjo +/- 10%. Izračunana empirična formula karbidne faze (Cr4,02Fe3,03)C3,00 v jeklu OCR12 (M/C = 2,35) se dobro ujema z rezultatom XRD analize (M/C = 2,33). Sestava faze SiO2 v jeklu OCR12VM se dobro ujema s stehiometrično sestavo (46,7 mas.% O in 53,3 mas.% Si). Relativna napaka analize je v primerjavi s stehiometrično sestavo: 5,1 mas.% za O in 4,5 mas.% za Si. Analizirana faza je glede na svojo velikost (dolžine do 200 in širine do 50 mm) verjetno endogenega14 izvora. Sestava faze Al2O3 v jeklu PK924 se dobro ujema s stehiometrično sestavo (47,1 mas.% O in 52,9 mas.% Al). Relativna napaka analize je v primerjavi s stehiometrično sestavo: 1,3 mas.% za O in 5,5 mas.% za Al. V analiziranem jeklu X10CrAl8 z vsebnostjo 0,69 mas.% Al pride, po podatkih iz literature14 do nastanka čiste faze Al2O3, kar je potrdila tudi analiza z EDS in PSE. Sestava faze Ti(C, N) v zlitini N80A je izračunana s predpostavko, da je razmerje atomskih procentov ogljika in dušika približno enako 50:50 in ustreza empirični formuli Ti1,00(C1,009,N1,002). 6 SKLEPI Povprečna relativna napaka analize s PSE je +/- 7,6% in s stališča EDS mikroanalize ustreza rezultatom semi kvantitativne mikroanalize15 (+/- 10%). Odmiki rezultatov od dejanske sestave so lahko posledica netočnosti merilne opreme (+/- 5%), nestabilnosti elektronskega toka (večina SEM nima vgrajenih naprav za stabilizacijo toka) in karakteristik uporabljenega detektorja PSE (izk- oristek). Poleg uporabnosti za analizo snovi z majhnim atomskim številom sta prednosti metode boljša lateralna ločljivost v primeri z rentgensko mikroanalizo in relativno velika hitrost meritev, saj so podatki od vsake ana-lizne točke zbrani v nekaj sekundah. 7 LITERATURA 1 Goldstein J. I., Jakowitz H., Practical Scanning Electron Microscopy, Plenum Press, (1977) 57-64, 119 2 Ball M. D., McCartney D. G., Journal of Microscopy, 124 (1981) 5768 3 Heinrich K. F. J., in Proceedings of the 4th International Congress on X-Ray Optics and Microanalysis, Paris 1965, Hermann Press, 159-167 4Niedrig H., J. Appl. Phys., 53 (1982) 4, R15-R30 5 NBS SP 460, Use of Monte Carlo Calculations in Electron Probe Mi-croanalysis and Scanning Electron Microscopy, Gaithersburg, 1975, 1-164 6 Joy D. C., Monte Carlo Modeling for Electron Microscopy, Oxford University Press, 1995, 25-111 7 Joy D. C., Journal of Microscopy, 136 (1984) 241-258 8 Newbury D. E., Microbeam Analysis - 1981, San Francisco Press, 1981, 1-8 9 Komercialni prospekt, Probe Current Meter, K. E. Developments td., Toft, Cambridge, CB3 9RL, Anglija 10 Smith K. C. A., Ph.D. Dissertation, University of Cambrdige, 1956 11 Armstrong J. T., Program CITZAF, MAS software library, University of Michigan, USA, (FTP: freebie.engin.umich.edu) 12Schwaab P., Practical Metallography, 23 (1986) 15-25 13Russ J. C., in Energy Dispersive X-Ray Spectrometry, Ed. K. F. J. Heinrich, NBS SP 604, Gaithersburg, USA, 1981, 91 14Kiessling R., Lange N., Non - metallic inclusions in steel, I, II, III, The Iron and Steel Institute London, 1964, 1966, 1968, I: 1-92, II: 1-163, III: 1-118 15 Russ J. C., Principles of Edax Analysis in the Electron Microscope, Edax International Inc., 1978, 52 385 KOVINE, ZLITINE, TEHNOLOGIJE 32 (1998) 5