6大应用案例全析|电子探针如何为汽车材料拨云开雾？

用于汽车制造的材料不仅有金属、陶瓷等无机材料，还包括塑料等有机材料。而且金属材料也要经过喷涂、热处理等多种不同的表面处理方法。电子产品也需要在耐热耐震等安全方面的可靠性保证。近年来随着环境保护意识的提高，也引起了汽车尾气催化剂、混合动力车的锂离子二次电池等的研发热潮。因此汽车行业是一个涉及多种材料的综合产业，不仅在研发过程，而且在品质管理（投诉问题解析）中也会用到多种多样的分析仪器。其中EPMA（电子探针）通过在数μｍ级的微小区域到最大90×90mm的广域范围中可进行精准分析的自身特点，巩固了在汽车行业分析中的地位，成为必不可少的一部分。

例如在以下领域中会利用到EPMA：

■金属涂装膜，以及热处理等表面处理的解析

■动力系统等的金属部件解析

■材料中的异物解析

■电子产品的可靠性评价

■尾气催化剂的研究

■燃料电池等研究

除此之外，可以做很多其他多领域的解析。

EPMA的原理是什么呢？EPMA（Electron Probe Micro Analyzer）可以将电子束照射到样品，通过样品发出的电子信号进行样品细微结构的观察（SEM观察）。首先在前面得到的样品表面放大图像中确定分析位置，通过检测上述分析区域发出的元素特征波长（能量）的X射线可以进行所含元素的定性等多种分析。EPMA可以做以下分析。

■定性分析：微小区域所含元素的定性（B-U）

■定量分析：测定所含元素的含量（wt%）

■线分析：测定样品中1次元方向的任意元素含量分布

■面分析（元素分布）：测定样品中2次元方向的含量分布

■状态分析：通过测量价带电子带相关的X射线光谱解析化学结构

下面本文将用几个案例来解析EPMA的应用：

１． 齿轮热处理效果解析 喷碳处理

在齿轮断面利用元素面分析法测定C（碳元素）的分布情况，可以发现合格品（右侧）的齿轮从外到里方向的热处理效果是很好的（红色部分表示C含量高的部分）。

２． 金属材料中夹杂物的解析

通过金属断面的分析确定夹杂物（MnS）的存在。（右上：Fe分布、左下：Mn分布、右下：S分布）

３． 刹车制动试验解析

刹车制动试验后，通过制动盘上的Si分布，分析与闸片的接触部分。

４．涂装膜中的异物解析

涂装膜中的异物解析例。因为是C主体的样品，可以判断是有机性异物。

５．固体高分子燃料电池（PEFC）的研究

MEA（Membrane-Electrode-Assembry）的面分析结果。通过观察电解质、催化剂层区域中多个元素的变化，判断解释催化剂反应，以及劣化等过程。

６．接口接触面的接触不良解析

汽车上装配有大量的电子产品，电子产品连接接口的接触不良等的分析中EPMA也是有效的分析手段。上面这个分析例中可以发现是接触面形成的氧化物导致了接触不良。

综上所述，EPMA在汽车行业中使用涉及多种材料、以及零部件层面的研究开发，是问题解析等过程中必不可少的分析仪器。

作者：赵同新

岛津企业管理（中国）有限公司上海分析中心应用工程师

（注：以上文章为赵同新工程师的个人原创，文章内容不代表仪器信息网本网观点）