铜合金在制造业中广泛使用，在电子和工程领域有着广泛的应用。元素组成是决定许多可用铜合金性能的因素，因此它们适合的应用。了解铜合金的成分及其与性能的关系是必不可少的。
诸如BAM(德国联邦材料研究和测试研究所)这样的计量机构提供了在证明应用分析方法的元素组成的准确性方面有用的参考材料。亚博网站下载
此应用笔记将显示如何微X射线荧光光谱（Micro-XRF）可用于通过使用XTrace，来自Bruker的微聚焦X射线源来增强铜合金的分析，耦合到扫描电子显微镜（SEM）并与其能量分散光谱仪（EDS）功能结合使用。
样本
CuZn39Pb3合金(ERM®-EB375, BAM)认证质量分数的Micro-XRF结果如表1所示。该证书提供了100 ppm (mg/kg)质量分数范围内的另外10个元素。
表1 ERM®-EB375元素组成按标准偏差归一化的质量%的测量值和认证值。利用具有图像扩展的esprit2目标模式在不同的采样区域获得30个光谱。
|
铜 |
锌 |
Pb |
菲 |
你 |
Sn |
m |
有限公司 |
测量
平均值 |
59.306
±0.528 |
37.790
±0.267 |
2.394
±0.599. |
0.202
±0.018 |
0.111
±0.010 |
0.185
±0.073 |
0.007
±0.004 |
0.006.
±0.004 |
认证
价值 |
58.32
±0.050 |
38.02
±0.080 |
2.90
±0.030 |
0.207
±0.004 |
0.1053
±0.0015 |
0.20932
±0.00240 |
0.0222
±0.0002 |
0.01964
±0.00028 |
测量条件
扫描电镜配备了Bruker QUANTAX微分析系统，包括XTrace源，这是一个聚焦的x射线光子源与Rh阳极，结合30 mm²有源面积硅漂移探测器XFlash®6I30, Mn Kα的能量分辨率为123 eV。
SEM用于电子激发实验，而XTrace用于光子激发程序。XFlash®SDD能够检测由电子和光子激发源产生的x射线。
在25 kV和300 s的实时时间内获得了EDS能谱。获得了50 kV, 600µA, 10 s实时和300 s实时的Micro-XRF光谱。
SEM / EDS表征
图1为抛光样品的BSE图像。该样品是多相的，因此不符合国际标准组织标准ISO 14595所定义的EPMA(电子探针显微分析)标准物质的要求。
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图1所示。抛光ERM的SEM图像(BSE)®-eb375标本。粉色方块和十字准线显示了用EDS分析的区域。
图2为图1中强调区域的能谱图。样品的不均一性使获得的光谱和定量之间有差异。除检测到的主要元素Cu、Zn、Pb外，其他元素(Ni、Fe、Sn)均检测到较低浓度。
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图2。图1显示了5个分析位置的对数能谱图。强度的差异是可见的。
Micro-XRF分析
由于样品的异质性，XRF实际上更适合定义合金的平均组成而不是EDS。这是因为XRF能够分析更大比例的样本。图。图3示出了在各种样本倾斜角度以300秒的吸入角度获得的光谱，以调节折射晶格平面。样品的晶体状性质负责覆盖特征X射线线的光谱中的衍射反射。衍射反射掩模Mn，Fe，Co和Ni-K线，使其非常难以确定它们的强度。
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图3。ERM的微XRF谱®-eb375以0°，10°和20°的倾斜角度测量。未标记的峰是衍射峰。
XTrace提供了一个过滤轮，由三个由特定金属箔制成的主过滤器设计。通过在x射线源和样品之间放置这些滤光片，可以有效地抑制衍射峰，从而提供更清晰的光谱。其中一个合金分析中使用了15µm的薄钛滤片，以抑制4.964 keV时Ti-K边缘上方的衍射反射。这种测量得到的频谱如图4所示。图5显示了该光谱中峰值的反褶积。它强调了这种方法在检测不受衍射峰干扰的元素方面是多么有效。
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图4。用15μmti滤波器测量的30个光谱计算的微XRF和谱。
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图5。图4 Micro-XRF光谱的反褶积结果。未标记的峰是衍射峰。
考虑到样本的异质性，采用esprit2目标模式，利用图像扩展覆盖更大的区域，获得了多个样本区域的30个Micro-XRF点光谱。每个光谱的采集周期为10秒，采用无标准基本参数法进行定量。
表1显示了点谱的量化结果与认证值的平均值和标准差。对大多数元素的定量结果基本一致。Co和Mn实际上只能用Micro-XRF鉴别，因为其浓度低于EDS方法的检测限(LOD)。即使在Micro-XRF中，Pb元素也表现出异质性。Pb的定量结果在1.328 ~ 3.756质量%之间变化，说明Cu和Zn含量也有变化。表2显示了30种光谱中4种光谱在不同采样位置上的定量结果。这四个例子光谱显示了在Pb, Cu和Zn浓度的广泛变化。
表2 ERM元素组成的4个典型的Micro-XRF分析的质量%归一化的测量值®-eb375。
|
铜 |
锌 |
Pb |
菲 |
你 |
Sn |
m |
有限公司 |
| 分析3 |
58.758 |
37.812 |
2.938 |
0.210 |
0.111 |
0.158 |
0.008 |
0.005 |
| 分析4 |
59.018 |
38.198 |
2.210 |
0.206 |
0.126 |
0.231 |
0.007 |
0.004. |
| 分析13 |
60.353 |
37.837 |
1.328 |
0.207 |
0.099 |
0.167 |
0.005 |
0.004. |
| 分析25 |
58.441 |
37.342 |
3.756 |
0.192 |
0.122 |
0.129 |
0.012 |
0.006. |
结论
微xrf分析的准确性与XTrace铜合金ERM®-eb375（CUZN39PB3）。元素Mn，Co，Ni和Sn的结果表明只有来自认证值的小偏差，这对于大多数应用程序都是足够的。即使单个分析的PB含量有很大的变化，平均值也接近认证值。仅通过使用Micro-XRF来检测CO和Mn。这是因为浓度低于EDS方法的床位，其为1000ppm（0.1质量％）。
初级滤光片在抑制x射线荧光光谱中的衍射反射方面有很大的帮助，并可以确定元素的强度，否则其峰将被衍射峰覆盖。
新的ESPRIT 2软件功能图像扩展通过在大表面积上获得不同的点光谱，对分析非均质铜合金样品非常有利。
微- x射线荧光光谱(Micro-XRF)的低检测限和高空间分辨率的电子激发显示了合金表征方法的强大组合。
确认
作者感谢BAM(柏林联邦材料研究与测试研究所)的V.D. Hodoroaba提供了样品，感谢IfG(柏林科学仪器研究所)的M. Procop。亚博网站下载
作者
Birgit Hansen，应用科学家EDS＆Micro-XRF / SEM，Bruker Nano GmbH，柏林，德国
这些信息是由Bruker Nano Analytics提供的材料来源、审查和改编的。亚博网站下载
欲了解更多信息，请访问Bruker Nano Analytics.．