教育部【设备更新】来了！岛津EPMA在形状记忆合金中的应用

形状记忆合金是通过热弹性与马氏体相变及其逆变而具有形状记忆效应的由两种以上金属元素所构成的材料。迄今为止，人们发现具有形状记忆效应的合金有50多种，在航空航天、机械电子、生物医疗等领域具有广泛的应用。下文将举例介绍电子探针（EPMA）在镍-钛形状记忆合金中的应用。

图1. 岛津场发射电子探针EPMA-8050G

岛津EPMA-8050G型电子探针（图1）搭载高质量场发射电子光学系统，结合岛津特有的52.5°高X射线取出角和全聚焦晶体，可以实现：

01优越的空间分辨率

EPMA-8050G可达到的更高级别的二次电子图像分辨率3nm（加速电压30kV）。

（加速电压10kV时20nm@10nA/50nm@100nA/150nm@1μA）

02大束流更高灵敏度分析

可实现其他仪器所不能达到的大束流（加速电压30kV时可达3μA）。在超微量元素的检测灵敏度上实现了质的飞跃，将元素面分析时超微量元素成分分布的可视化成为现实。

按原子比由Ti和Ni各占50%的合金称为镍-钛合金(Nitinol)，具有良好的形状记忆性能和超弹性性能。形状记忆合金具有一个显著的特点，即变形到任意形状后，加热到相变温度(相变点)或更高时，能恢复变形前的原始形状，而超弹性合金则是在载荷作用下变形，在载荷消除后恢复原始形状。相变温度大致可以在0℃-100℃之间变化，主要通过改变Ti和Ni的合金原子比值或者加入1%或更少的第三相元素（比如Cr、Co、Cu等）。

正畸金属丝是一种典型的镍-钛合金，具备形状记忆和超弹性性能，主要的选材差异在于根据患者的牙周状况和对疼痛的敏感程度来选择具有不同相变温度的矫正材料。图2. 展示了正畸金属丝中主要的合金元素面扫描图像及相分析结果，清晰可见材料基体的元素组成以及其中离散分布的微米级别的混合相结构。

图2. 正畸金属丝中各合金元素面扫描图像及相分析结果

选择三种具有不同相变温度的正畸材料分别进行定量分析，结果如表1所示，总含量低于1%的Cr元素存在较为明显的含量差异。

表1. Af27、Af35、Af40型号正畸金属丝元素定量测试结果

结合图3. 展示的三种不同型号的元素面扫描结果，可以更清楚地看到Cr元素含量的差异，同时离散分布的点状微结构中Ni元素被替代的情况也存在差别。

图3. 各型正畸金属丝中的元素面扫描图像（a）Af27，（b）Af35，（c）Af40

图4. 展示了放大条件下Af27材料中微结构的元素面扫描及相分析结果，表明多化合物混合相的存在。

图4. Af27正畸金属丝中化合物相分析

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