涂層與表面工程是通過施加一層或多層不同材料,以改善基體材料表面性能(如耐磨、耐腐蝕、裝飾、光學、電學性能)的技術。涂層的性能不僅取決于其成分,更與其微觀結構、厚度、孔隙率、與基體的結合強度等密切相關。掃描電子顯微鏡能夠提供涂層表面和截面的高分辨率形貌圖像,是評價涂層質量、研究失效機理、優化工藝參數的關鍵表征手段。ZEM18臺式掃描電子顯微鏡,以其便捷的操作和適用的性能,為涂層研發與生產中的日常分析提供了一種有效的工具。
在涂層表面形貌分析中,ZEM18可以清晰地展示涂層的表面紋理、粗糙度、顆粒分布、裂紋、孔洞等特征。例如,觀察熱噴涂涂層中熔融顆粒的鋪展和搭接情況、未熔顆粒的存在;觀察物理氣相沉積涂層的柱狀晶結構;觀察電鍍或化學鍍涂層的結節、針孔缺陷;觀察油漆或粉末涂層的橘皮、流平效果。通過二次電子像的高景深,可以很好地呈現表面的三維起伏。
涂層截面分析是更重要的應用。通過適當的切割、鑲嵌、拋光和可能需要的腐蝕,制備出涂層的截面樣品。在ZEM18下觀察截面,可以測量涂層的總厚度及各分層厚度,評估厚度的均勻性。觀察涂層與基體界面的結合情況,檢查是否有縫隙、分層、或明顯的擴散層。觀察涂層內部的孔隙率、裂紋的擴展路徑(是垂直表面還是平行界面)、不同相或成分的分布。背散射電子成像模式可以根據原子序數襯度,區分涂層中的不同相,例如區分硬質相顆粒與粘結相。
在涂層失效分析中,ZEM18可以幫助確定失效模式。例如,對于耐磨涂層,觀察磨損表面的磨痕形貌,是 abrasive wear 的犁溝,還是 adhesive wear 的粘著脫落;對于腐蝕涂層,觀察腐蝕產物的形貌和分布,腐蝕是從涂層缺陷處開始還是從界面開始;對于因機械載荷失效的涂層,觀察裂紋的起源(表面缺陷、界面缺陷)和擴展路徑。這些信息對于改進涂層設計(如調整成分、結構)和施工工藝(如優化前處理、控制工藝參數)至關重要。
ZEM18配備的能譜儀可以進行涂層的成分分析。例如,在截面上進行線掃描,分析特定元素(如涂層元素、基體元素、擴散元素)從涂層表面到基體的濃度分布,研究互擴散情況。進行面掃描,觀察特定元素在涂層中的分布是否均勻。進行點分析,確定涂層中特定相或夾雜物的成分。
使用ZEM18分析涂層樣品,對樣品制備要求較高,尤其是截面樣品,需要平整、無拖尾、邊緣清晰,以真實反映涂層結構。對于不導電的涂層(如陶瓷涂層、高分子涂層),需要進行噴金或噴碳處理。ZEM18的低真空模式有時可以減輕荷電效應,但對于高分辨觀察,導電處理仍是推薦的。
ZEM18的操作簡便性使得涂層工程師或技術人員可以相對獨立地完成日常的檢測和分析任務,及時獲取工藝反饋。其軟件測量工具可以方便地測量涂層厚度、孔隙尺寸、裂紋長度等參數,并生成報告。
在涂層工業中,從研發到生產,需要頻繁地對樣品進行檢測。ZEM18臺式掃描電子顯微鏡以其易于使用、維護成本相對較低的特點,可以作為涂層實驗室的常規設備,服務于新涂層開發、工藝優化、來料檢驗和產品質量控制等多個環節,幫助提升涂層產品的性能與可靠性。