[发明专利]用电子结构参数表征钢铁材料晶界性质和断裂特征的方法

摘要

本发明公开了属于微观力学观测技术范围的一种用电子结构参数表征钢铁材料晶界性质和断裂特征的方法。该方法应用电子能量损失谱(EELS)方法研究钢铁材料晶界力学性质，通过对不同商用钢铁材料中晶界处和晶粒内部铁元素的能量损失谱进行计算和分析，得到铁元素的3d电子占据态密度，以此来表征晶界微观力学性质。本发明将钢铁材料的力学性质研究深入到电子结构层次，能够实现对单个晶界的性质研究，能够实现非破坏性地研究晶界。该方法原理清晰，得到的判据简单，具有很好的推广应用前景。

主权项

1.一种用电子结构参数表征钢铁材料晶界性质和断裂特征的方法，其特征在于：该方法通过对不同商用钢铁材料中晶界处和晶粒内部铁元素的能量损失谱进行计算和分析，得到铁元素的3d电子占据态密度，以此来表征晶界微观力学性质；具体方法是：首先将研究材料用电化学抛光机制备成透射电镜样品，每次实验前经过Gatan 600离子减薄仪清洗，以去除样品表面的氧化层，然后在配有电子能量损失谱仪的场发射透射电镜中观察确定晶界位置，采集晶界和晶粒内铁元素的电子能量损失谱，所使用的谱仪的收集光阑的直径为2mm，能量分布值为0.3eV/channel；在利用电子能量损失谱进行计算时，首先采用指数函数拟合的方法(y＝cx-r)对电子能量损失谱进行本底的扣除，然后采用傅利叶-比值方法解卷积消除多重散射的影响，此时得到的谱线才可用来做定量分析；经过上述处理的谱图，在利用铁的白线部分计算铁的3d占据态密度时，还要进行一次本底的扣除，我们采用Pearson的双阶跃函数的方法，由电子能量损失谱得到的归一化的白线强度与d电子占据态密度存在线性函数关系：I3d＝10.8(1-0.10n3d)，式中I3d为归一化的白线强度，n3d为3d占据态密度，通过上述方法对电子能量损失谱进行处理，我们计算得到铁元素的3d电子占据态密度n3d；比较每种材料中晶粒内部和晶界处铁的3d电子占据态密度差异Δn3d，如果晶界处铁的3d电子占据态密度大于晶内时，即此时相应EELS谱中晶界铁的L2，3峰积分强度小于晶内，则晶界结合强度低于晶内，晶界表现出脆性，材料的冲击断裂方式为脆性的沿晶断裂；而当晶界处铁的3d电子占据态密度与晶内基本无差别时，即此时相应EELS谱中晶界铁的L2，3峰积分强度几乎等于晶内，晶界结合强度与晶内相当，晶界表现出韧性，材料的冲击断裂方式为韧性的穿晶断裂。