岛津EPMA超轻元素分析之四: 挑战丨重基体钕铁硼中B元素的直观分布表征

导 读


一般说到钕铁硼磁性材料,直觉上好像超轻元素B在里面的质量百分含量很高,其实对于典型的Nd2Fe14B磁性相中,B的质量百分含量只有1%。电子探针测试常规试样中的常规元素,1%的含量可以轻松应对,但对于重基体中超轻元素来说,这是一个很大的挑战。

钕铁硼(Nd-Fe-B)磁性材料在电磁转换设备中有着广泛的应用,如动力汽车和电动汽车中的各种马达电机、医用MRI以及各种家用设备。钕铁硼是所有的稀土类磁铁中拥有最强磁性特征的一种磁性材料。这种材料大规模的使用使得电子设备实现了小型化和轻量化的要求,也满足了高效和节能的需要。

迎接挑战的利器

电子探针微束原位分析中,超轻元素的测试是一个很大的挑战,其中最主要的一个原因是超轻元素的特征X射线波长较长、能量较低穿透性较差,被电子束入射源激发产生的特征X射线信号大部分被试样基体吸收,少量从基体出射的信号需要利用高灵敏度、大晶面间距的分光晶体分光后才能被计数器检测到。

岛津场发射电子探针EPMA-8050G凭借着3 μA的最大束流,特别是加速电压10 kV下束流10 nA时20 nm、100 nA时50 nm、1 μA时150 nm的系列卓越图像分辨率,以及岛津优秀传统的兼具灵敏度和分辨率的全聚焦分光晶体、52.5°的高特征射线取出角的继承,使得获取钕铁硼中B元素的直观分布成为可能。

岛津场发射电子探针EPMA-8050G


岛津应对之道

钕铁硼基体中元素分布表征

钕铁硼主要元素的面分布特征(滑动查看)

从元素特征面分布数据可以看出,钕铁硼磁性材料中Nd2Fe14B(强磁相)的主相被富B相Nd1.1Fe4B4相(非磁相)和富Nd相(非磁相)包围。这也是电子探针微区分析仪器初次实现了重基体磁性材料中超轻元素B直观的分布表征。


结论


超轻元素的测试是微区分析领域的一座山峰,而重基体中超轻元素的分析更是这座山峰的险峻之处。岛津场发射电子探针EPMA-8050G通过实行更大的入射电流、更小的束斑直径,以及一直继承的兼具灵敏度和分辨率的全聚焦分光晶体、52.5°的高特征射线取出角,首次实现了对钕铁硼磁性材料中超轻元素B的直观面分布特征的表征。


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撰稿:赵同新、崔会杰