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YB
中华人民共和国黑色冶金行业标准
YB/T 46762018
钢中析出相的分析 透射电子显微镜法 Analysis ofprecipitates of steel-Transmission electionmicroscope method
2019-04-01实施
2018-10-22发布
中华人民共和国工业和信息化部 发布 YB/T4676—2018
前言
本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。 本标准由中国钢铁工业协会提出。 本标准由全国钢标准化技术委员会（SAC/TC183)归口。 本标准起草单位：武汉钢铁有限公司、冶金工业信息标准研究院、首钢集团有限公司。 本标准主要起草人：马家艳、王志奋、栾燕、孟杨、陈士华、邓照军、关云、韩荣东、吴立新、孔君华。 YB/T4676—2018
钢中析出相的分析 透射电子显微镜法
1范围
本标准规定了采用透射电子显微镜对钢中析出相进行观察和分析的方法。 本标准适用于钢中析出相的透射电子显微镜分析。
2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T13298 金属显微组织检验方法 GB/T17359 微束分析 法定量分析
酒
GB/T18876.1 应用自 自动图像分析测定钢和其他金属中金相组织、夹杂物含量和级别的标准试验方法
第1 分：钢和其他金属中夹杂物 相组织含量的图像分析与体视学测定
成贸
GB/T18907 透射电 显微镜选区电子行 时分析方 GB/T30067 金相学 术语定义和术语 GB/T30067界定的及下列术语和定义适用于本文件。
3
3.1
析出相 precipitated pha ase 合金中的固溶元素（如钢中 Ti、Nb、V、Mo、AI、B、N、C、S等）由手温度、压力等变化而从固溶体中脱
溶析出，以非连续化合物的形式形成的第二相粒子。 3.2
萃取复型 extractionreplica 利用一种薄膜（比如碳膜、塑料膜等）将待测试样表面的信息进行萃取。
3.3
能量色散X射线谱 energy-dispersive X-ray spectroscopy EDS 人射电子与物质发生相互作用，试样接受入射电子的能量产生特征X射线，将特征X射线按能量展
开成的谱。 3.4
聚焦离子束分析 focusedionbeammicroanalysis 应用聚焦离子束（如Ga+）照射试样表面产生二次电子信号取得电子像，或者用强电流离子束对表面
原子进行剥离，完成微、纳米级表面形貌加工。 3.5
活时间 livetime 脉冲测量电路能够探测X射线光子的时间（GB/T17359）。
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3.6
扫描透射电子显微镜scanningtransmissionelectronmicroscope STEM 透射电子显微镜中配置扫描附件，是扫描和透射电子显微镜的综合应用方式。利用会聚电子束在试
样上方扫描，探测器在试样下方同步接受被散射的电子，经信号转换成STEM像。
4方法原理
制备透射电子显微镜萃取复型试样或薄膜试样，利用透射电子显微镜对试样中的析出相进行形貌观察、选区电子衍射分析、明暗场分析、高分辨像分析，配合能谱仪和能量过滤器附件对析出相进行成分分析（包括点、线、面分析），从而获得析出相的形态、分布、尺寸、类型、结构、数量等定性及半定量分析结果。 5试样制备 5.1总则 5.1.1萃取复型法 5.1.1.1萃取复型法包括一次碳萃取复型法和二次塑料-碳萃取复型法。萃取复型法观察区域大，适合对析出相的形态、分布、尺寸、类型、数量等定性及半定量分析，但不适合分析难萃取的与基体存在共格或半共格关系的析出相或500nm以上的颗粒状析出相。 5.1.1.2一次碳萃取复型法需要二次深腐蚀，容易导致铁基形成细针状或薄膜状腐蚀产物FeO，不适合分析薄片状析出相及硅钢中酸溶相AIN等，也不适合做析出相的分类测定。 5.1.1.3二次塑料-碳萃取复型法，图像衬度仅与物质和厚度有关，图像中析出相与背底反差大，观察析出相的形态、数量、尺寸、分布较为直观明显，适合做析出相的分类测定。同时能谱分析不受基体成分干扰，成分准确度较高，在分析100nm以下细小析出相的成分类型时具有明显优势。 5.1.2薄膜法
薄膜法包括双喷电解法、离子减薄法和FIB定位切割法。薄膜法可对萃取复型法不易萃取下来的析出相进行观察分析，可以观察析出相在基体中的分布位置及其对位错的钉扎、析出相与基体的取向关系等。由于薄膜法观察区域有限，因此不适合做析出相的分类测定等，同时对100nm以下析出相，形貌观察、能谱分析受基体衍射衬度、成分干扰较大。 5.2萃取复型法 5.2.1一次碳萃取复型法 5.2.1.1制备金相试样。切割、镶嵌（适合用手拿的块状试样也可不镶嵌）、磨制、抛光可按GB/T13298 规定执行，但应保证试样的磨制面积大于直径为3mm的圆。 5.2.1.2腐蚀金相试样。腐蚀的方法、腐蚀剂的种类、浓度及腐蚀时间应根据不同的钢种而定，腐蚀不宜过深而出现腐蚀坑。 5.2.1.3将已腐蚀好的金相试样固定在玻璃片上，放入真空镀膜仪。 5.2.1.4真空镀膜仪抽真空至工作状态，对金相试样进行喷碳处理。 5.2.1.5将喷完碳的金相试样划成与透射电子显微镜载网面积相当的格子，放入合适的腐蚀剂（如硅钢用10%～20%硝酸酒精)中浸泡，使碳膜和析出相从基体上分离。再将分离后的碳膜转移到酒精中洗涤。 5.2.1.6将碳膜清洗干净，捞到蒸馏水中展开，用电子显微镜载网（如铜网或镍网等）捞起，放滤纸上干燥，得到一次碳萃取复型试样。 2 YB/T4676—2018
6.1.6析出相按尺寸或按类型分类测定时，对于析出相分布均匀的试样，可随机选取50个视场拍摄不小于2万倍的STEM像（总面积不小于50×7.5μm×7.5μm）；对于析出相非均匀分布的试样，在集中分布和分散分布的区域分别选取视场面积不小于25×7.5um×7.5μm。 6.1.7放大倍数应根据析出相尺寸大小来确定，一般以清楚地分辨析出相形态、方便尺寸测量、准确定位能谱点分析位置为宜，具体推荐见表1。
表1析出相的尺寸范围及推荐的STEM像的放大倍数
析出相的尺寸/nm
STEM像的放大倍数 100000~200000
≤100 >100~200 >200~300 >300
50000~100000 20000~50000
20000
6.2能谱仪 6.2.1进行元素半定量分析时，EDS采集活时间设定值应确保峰强总计数值大于2000，推荐的点分析采集活时间范围为10s～50s，死时间小于40%。析出相尺寸越小，厚度越薄，需要的采集活时间越长。 在样品不漂移的前提下，采集活时间越长，总计数值越大，元素半定量分析越准确。 6.2.2元素半定量主要指原子序数大于11的元素，重元素半定量准确性较高，对于轻元素（如碳、氮），通常只能定性分析。 6.2.3EDS线扫描、面扫描适合尺寸大于100nm的析出相，采集活时间设定为90s～180s较合适，既可保证元素信号强度，又可防止试样漂移。 6.3能量过滤器 6.3.1能量过滤器适合采集100nm以下细小析出相的元素面分布图。氮等轻元素的探测灵敏度很高，得到的元素面分布图准确清晰。探测器接收效率高，记谱时间短，一般<10s，不存在样品的漂移和污染对实验的影响。 6.3.2先用能谱仪对析出相进行点分析，确定析出相所包含元素种类，再选择不同元素相应的能量过滤线系、能量损失值和狭缝宽度，设定曝光时间（一般<10s），采集元素面分布图。
7测量过程 7.1将透射电子显微镜的加速电压加至160kV～300kV之间。 7.2将制备完成的萃取复型试样或薄膜试样装人透射电子显微镜。 7.3在透射明场模式下，选择LOWMAG按钮（一般200倍～1000倍），对萃取复型试样，观察于电子显微镜载网上的萃取复型膜，选取平整和均匀的区域放大观察；对薄膜试样，观察孔洞边缘的薄区，选取透光性好的区域放大观察。 7.4在透射明场模式下，选择MAG按钮（一般20000倍～200000倍），移动视场位置，将预观察的析出相移至视场中心，通过调节样品高度、消像散、聚焦等操作使图像至最清晰。 7.5需要对析出相进行元素半定量分析或按尺寸和类型分类测定时，先采用扫描透射模式拍摄STEM 像，束斑尺寸可选择0.2nm～5nm，再打开能谱分析软件，采集析出相图像，进行析出相成分分析，根据需求可选择点、线、面分析。 7.6根据检测需要可利用能量过滤器对细小析出相进行元素面分析。 7.7需要确定析出相的结构时，可选择衍射模式拍摄选区电子衍射花样，并根据需要选择透射束或衍射束在透射模式下拍摄析出相的明、暗场像；或选择透射明场模式拍摄高分辨像。 7.8实验结束，保存数据，进行数据处理。 4 YB/T46762018
8数据处理
8.1析出相定性分析 8.1.1利用析出相的形貌图，获得析出相的形态（通常有矩形、球形、纤维状、棒状、不规则颗粒或薄片等）、分布（位置、均匀性等）、尺寸范围、数量等信息。 8.1.2利用EDS点分析数据，获得析出相的类型；线分析可观察从基体到析出相的元素变化情况；元素面分布图可分析复合析出相的构成方式。复合相的构成方式较复杂，主要分为三类：低温析出相以高温析出相为核心形成包覆结构或共生析出：同温度范围的几种析出相共生析出；几种微合金元素相互置换的均匀式析出， 8.1.3利用高分辨像及电子衍射花样（衍射花样的标定参见GB/T18907），获得析出相的结构、与基体的取向关系。 8.2析出相的元素半定量分析
利用EDS点分析数据，选择需要定量的原子序数大手1的元素，获得各元素原子百分比和重量百分比。由于析出相通常为轻元素与正元素形成一定结构的化合物，轻元素可以根据化合物中重元素的重量百分比或原子百分比来推算（反推法不适合含有相同元索、不同结格构的析出相）， 8.3析出相按尺寸分类测定
利用图像仪分析软件，设置合适的闻值（选择某个黑白灰度值，范围在0 255之间，正好将析出相与背底衬度区分开），选择测量参数（颗粒数量面积等），根据检测需要 设置尺寸范围及步长，获得析出相的数量、面积、面积百分比等相关信息（见GB/T
实例分析参见附录B
8.4析出相按类型和尺寸分类测定
利用能谱仪附带夹杂物 分析软件，可对析出相类型（元素相同、结构不同的析出相归为同一类型）和尺寸进行测定：打开夹杂物分析软件收集析出相的高衬度图像调节图像特征检测的灰度值范围观察图像变化，直到所有析出相变 成彩色、背底保持灰白色；运行X射线能谱分析程序，完成所选视场内所有析出相的成分、尺寸等信息的自动收集和保存，根据EDS图确定可售能出现的析出相类型：在条件设置框设置析出相特征成分边界条件（当金属元素的重量百分比大于1%时，则析出相中含有与这种金属元素相对应的析出相类型，若同时含有两种或以上类型时，则为几种类型的复合析出相）和尺寸边界条件（先确定尺寸的最小值和最大值，再设定步长，运行夹杂物分类程序，获得不同类型析出相的数量及百分比、面积及百分比、析出相的平均尺寸和不同尺寸范围内的析出相数量等检测结果。实例分析参见附录C。 9试验报告 9.1试样名称、规格、热处理状态、取样位置和方向、分析区域的位置信息等、检验项目、依据的标准、设备型号。 9.2报告内容包括析出相的形态、分布、尺寸范围、数量、类型（必要的数据）和析出相的结构、取向关系、 元素半定量结果、析出相按尺寸或按类型分类测定结果等（根据检测需要选择）。
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附录A （资料性附录）
醋酸纤维素膜制作方法
将醋酸纤维素溶于丙酮溶液（二者体积比范围为1：31：2)，再加人2%～3%的磷酸三苯酯。待醋酸纤维素、磷酸三苯酯完全溶解成半透明均匀无气泡溶液后（约需放置7d～10d)，把溶液倒在平放的玻璃板或表面皿上盖好，待丙酮挥发完毕，膜干透（约48h），用小刀掀起，待用。