Đánh giá thành phần hóa học

Vật liệu chi tiết máy, nguyên chất hay hợp kim, đều được cấu thành từ một số nguyên tố hóa học nhất định. Thành phần và hàm lượng của chúng trong bản thân vật liệu quyết định rất lớn đến cơ-lý-hóa tính của vật liệu, của chi tiết máy đó. Do vậy, việc đánh giá sự ảnh hưởng của các nguyên tố thành phần đến cơ tính của vật liệu là tối cần thiết. Đây là cơ sở để điều chỉnh thành phần và hàm lượng của các nguyên tố cấu thành cho một loại vật liệu mong muốn.

Để đánh giá thành phần và hàm lượng của các nguyên tố cấu thành vật liệu, công nghệ được sử dụng phổ biến và thông dụng nhất là chụp EDS (Energy Dispersive Spectrometry). Chức năng chụp EDS thường có sẵn trong các máy quét SEM, tuy nhiên, phương pháp thực hiện hoàn toàn khác nhau. Quá trình chụp EDS chỉ thực hiện trên mộ diện tích rất nhỏ (vài micromet) của chi tiết máy cần đánh giá, do vậy việc đảm bảo tính đồng đều của vật liệu và hạn chế sự ảnh hưởng của các tạp chất ngoài ý muốn là rất quan trọng.

Ảnh: Kết quả chụp EDS của lớp mạ Ni. Kết quả cho thấy sự xuất hiện của các nguyên tố Ni, O, N, C.

Kết quả chụp cho thấy, ngoài 93,4% là nickel còn có sự xuất hiện của các nguyên tố khác, như O, N, và C. Tuy nhiên, việc xác định thành phần của các nguyên tố thành phần có tỷ lệ <3% có độ tin cậy không cao. Trong trường hợp này, công nghệ XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy) cho phép đánh giá sự tồn tại của các chất có hàm lượng thấp một cách chính xác. Công nghệ XPS đo lực liên kết nguyên tử (binding energy) của các chất thành phần có trong vật liệu.

Ảnh: Kết quả XPS cho thấy sự xuất hiện của C trong lớp mạ nickel bằng phương pháp siêu tới hạn và sau siêu tới hạn CO2. Lớp mạ truyền thống không thể hiện rõ lực liên kết của C.

Phương pháp XPS và EDS thực hiện bằng cách chiếu tia X quang vào bề mặt vật liệu sau đó thu lại những nguyên tử phát ra từ vật liệu. Phương pháp XPS chỉ áp dụng được với những vật liệu có số nguyên tử từ 3 trở lên. Chiều sâu lớp kim loại có thể đánh giá đến 12nm. Bước sóng sử dụng đạt đến 8,3386 angstroms (0,83386 nm) tương đương với năng lượng phát ra là 1486,7 eV. Do vậy, kết quả phân tích XPS sẽ chính xác và nhạy hơn nhiều so với kết quả phân tích của EDS.