出物的尺寸分布以及体积分数的测定

（ !）$ % ( ) ( ( !$ ) （&） ’ 式中： （ !） * 为 @7)=>PP 分布形状系数， !$ 为特征直径即 ’ Q % R ) R % Q MNK&S 所对应的直径。对上式两边取对数得： % （N） P? P? * P? ! ( * P? !$ （ !）$ %( ’ % 由上式可知， @7)=>PP 分布在 P? P? T +% < 的坐标上为 （ <） %RA 直线关系， 且直线斜率为 =。
试样经金相抛光后腐蚀， 用 II 溶液 （<"T 乙酰丙酮 U 四甲基氯化氨 甲醇） 腐蚀， 然后在日立 <T U S7T VW0:=RF 型镀膜机上镀一层厚约 #"2M 的碳膜， 在小于 <"T 高氯酸 酒精溶液中脱模。碳膜在清洗液 （<T 盐酸酒精） 中浸泡 = 再在无水乙醇中反复清洗， 然后将大小为 !’= Y X <" 分钟， !’=MM! 碳膜捞到孔径为 6= M 的小钢网上并置于滤纸上， ! 干燥后即为电镜样品。
解。滤掉的残渣用一定溶液溶解后， 过滤出溶解液， 再测定 过滤液中的锰量或铝量。然而这种检测方法分析 708、 9’: 等析出物， 对于刚开始析出阶段生成的细小第二相质点来 说可能有所损失， 即化学方法中检测不到这些细小的析出 物。而使用透射电镜来观察萃取复型样品则不存在这种问 题， 因为萃取复型可以把细小的析出物从基体内萃取下来， 放大适当倍数之后就可以清楚地观察到这些析出物， 对透 射电镜照片进行分析就可以计算出析出物的体积分数。
文章编号： （’""’） !""#:$%&; "&:"&’(:"#
硅钢中析出物的尺寸分布以及体积分数的测定
马红旭， 李友国
（清华大学材料科学与工程系， 北京 【摘 !"""(#）
要】 本文利用萃取复型技术研究了硅钢中析出物的尺寸分布规律以及其体积分数测定的方法。设计
了用来分析电镜照片并给出析出物尺寸分布直方图的 ?%%@A,1B,- 程序， 结果表明硅钢中析出物尺寸符合 ?,.CD&& 分布规律， )1E*&&:F%G@ 法测定析出物的体积分数是一种有效的方法。 【关键词】 析出物； 尺寸分布； 体积分数 中图分类号： H)!6= 文献标识码： I
分布， 利用最小二乘法拟合出直线的斜率和截距， 即可换算 出参数 * 和 !$ 。这样就可以定量地描述析出物尺寸分布 及能反映工艺变化对析出物尺寸及尺寸分布的影响， 进而 可分析工艺和组织的关系。 在制备萃取复型的过程中， 样品电解腐蚀的深浅对萃 取析出物及以后对析出物的分析结果有很大的影响。通过 从 检查析出物是否符合 @7)=>PP 分布来检测腐蚀是否合适， 而找出腐蚀样品的最佳工艺条件。
F
图? ($)* ?
终轧温度对第二相析出物体积分数的影响 K11#4- /1 1$0$,L$0) -#C3#.5-&.# /0 M/’&C# 1.54-$/0 /1 3.#4$3$-5-#,
对于同一批样品， 经三个人分别操作， 得出了一致的结 果。说明这种方法可以有效地测出试样中析出物体积分数 的变化规律。 （下转第 !NO 页）
将照 片 用 扫 描 仪 输 入 计 算 机， 然后用自己编制的 @22<A70B71 程 序 处 理 扫 描 的 照 片。 @22<A70B71 程 序 是 在 其基本思 CD:EFG H I I JK$ 平台上用 H I I 语言编写而成， 想是在以位图 （ L)8/34） 形式存储的样品底片中， 根据代表 不同析出物和碳膜基体的象素的亮度值 （用一小于 MJJNJ 的正整数表示） 的差别来识别析出物， 并根据其相邻关系来 判断析出物的大小。在程序中， 首先对一定面积的照片中 每个析出物的面积进行计算， 然后折算出每个析出物等面 积的圆的半径。该分析程序还可以按照第二相粒子的大小
［?］ 本文采用 74;5’’<=/>+ 法 来测定弥散型第二相析出 物的体积分数。这个方法要求在电子显微镜照片上测量一
因此， 对萃取复型采用 74<=/>+ 方法时， 式 （ A） 可改写
!" #
! & $% ( 6@A B ) ( ’ )
F C#50
（?）
式中 ’ 为被测照片面积。 ［B］ 我们在前面的研究中 ， 使用本文所述方法对终轧温 度对热扎带中析出物的影响做了系统的分析。图 ? 所示为 随时间不同析出物的变化规律， 进一步可以得出不同工艺 条件对析出物的影响。
进行分组， 做出粒子尺寸分布图， 图 & 所示为该程序给出的 两个不同工艺条件下析出物的尺寸分布直方图。 根据概率论基本概念， 不同直径 !" 对应的概率 #" %" （%） #" $ %& % 式中： % 为样本中析出物总数， %" 为样本中析出物直径小于
［O， J］ 指出， 钢中第二相粒子大小分布 !" 的个数。许多文献
个已知面积中每个析出物的直径， 换算出所有析出物的平 均直径， 还要求计算析出物数目。 74;5’’<=/>+ 法测体积分数由下式计算： !" #
! ・ $% ( 6@A B ) ( ! )
! C#50
（A）
式中： % C#50为粒子的平均直径， $ 为析出物数目， ! 为被测 物体总体积。 对于析出物直径， 如上所述采用 6D 张左右照片就可以 准确测量出析出物的平均直径， 但对于测量每个照片内的 析出物数目则不够精确。所以除了拍下来的 6D 张电镜照 片外， 我们又在 BD， DDD E 下统计了另外 FDD 个视场内的析 出物数目。由于肉眼分辨率有限， 在 FD， DDD E 下基本分辨 不出 6D0C 左右的粒子， 故需要在 BD， 我们制 DDD E 下观察， 作的萃取复型样品尺寸为 F@? E F@?CC ， 在透射电镜下统 计析出物数目时， 随机地选择视场， 这样保证统计数据的准
图! ($)* !
析出物尺寸的 "#$%&’’ 分布规律 "#$%&’’ +$,-.$%&-$/0 /1 ,$2# /1 3.#4$3$-5-#,
［6］
图A ($)* A
一次萃取碳复型示意图 I’’&,-.5-$/0 /1 #J-.54-$/0 .#3’$45
分析方法通常采用定压电解法
。即试样用一定电解液电 为：
!
前
言
尺寸和体积分数的变化规律。本文所提供的电镜观察萃取 复型方法是上述方法的改进。用新设计的 ?%%@A,1B,- 程序 来分析电镜照片并直接给出析出物尺寸分布的直方图； 以 析出物尺寸分布是否符合 ?,.CD&& 分布规律作为萃取复型 样品制备好坏的判据， 保证样品制备工艺的稳定性。统计 萃取复型样品上 !"" 个视场内的析出物数目来计算析出物 体积分数， 不仅保证了结果的可靠性， 同时避免了拍摄大量 的电镜照片。
大， 则在冷轧后的再结晶退火过程中析出量就越少， 最终成
［!］ 品的有害织构组分就弱 ， 成品磁性能就好。因此精确、 有
’
样品制备
效地测定硅钢中析出物的尺寸分布是控制工艺参数及控制 硅钢性能的重要基础。
［#］ 酒井知彦等 在研究取向硅钢内 I&( 析出物时， 分别 使用了化学分析、 氢热萃取和透射电镜观察萃取复型等方
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法来检测 I&( 的析出。用透射电镜观察 I&( 时， 通过 S" 张 电镜照片来统计析出物粒子的尺寸分布以及体积分数， 证 明化学分析、 氢热萃取及萃取复型电镜观察所得结果非常 一致。当统计足够多的视场， 定量地计算析出物的体积分 数就非常合理。
收稿日期： 修订日期： !""!:"<:"#； !""!:"!:!= 作者简介： 马红旭 （<76>—） ， 男， 硕士 9
!
*
是符合 @7)=>PP 分布或正态分布， 我们的试样数据表明硅钢 中热轧析出物更符合 @7)=>PP 分布， @7)=>PP 分布函数为：
利用 （%） 式对图 & 中的数据进行处理， 所得结果如图 N 所示。由此可见， 样品中析出物尺寸都较好地符合 @7)=>PP
图% ()*+ % 析出物形貌 （&$， $$$ ’ ） ,-. /)012*1345 26 4170)4)83879
"
析出物体积分数测定
钢中的析出物通常为 .?:、 其体积分数的定量 FPU 等，
图& ()*+ &
析出物尺寸分布图
:);7 <)981)=>8)2? 26 4170)4)83879
・ !!D ・
材料科学与工程
FDDF 年 O 月
工钢的体积应该等于透射电镜照片的面积再乘上一定的厚 度值。图 A 所示一次萃取碳复型的示意图由两部分组成， 即基体和萃取膜， 基体在脱膜时腐蚀掉了， 只剩下析出物沾 附于萃取膜上， 因此将萃取得到的析出物所对应的电工钢 的厚度值定为该样品中所有析出物的平均直径大小， 是比 较合理的。
第 !" 卷 第 # 期 材 料 科 学 与 工 程 总 第67期 $%& ’ ! " (% ’ # )*+,-.*&/ 01.,21, 3 425.2,,-.25 0,8 9 ! " " ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !
确性； 统计尽量多的视场又保证了被测物体总积体 ! 比较 大， 使统计数据更加接近于实际情况。在 BD， DDD E 下随机 观察时， 视场内粒子数目为 D 的几率为 6? G FDH ； 而在 FD， 由于要测定粒子的平均直径而使视场内粒 DDD E 下照相时， 子数目偏大， 故在 BD， 单 DDD E 下随机统计的视场数目越多， 位面积内的粒子数目就越接近真实值。 我们知道， 在透射电镜下看到的、 在一定面积的萃取复 型照片中所含有的析出物， 实际上是从一定体积的电工钢 样品中被碳膜粘附下来的， 因此与这些析出物所对应的电
第 &$ 卷第 N 期
马红旭， 等 + 硅钢中析出物的尺寸分布以及体积分数的测定
・ N&V ・
!
析出物尺寸分布分析
利用 !"#$$ 透射电镜对每种样品随机选取 %$ 个以上 的视场。保证所选视场中总的析出粒子数大于 %$$ 个， 在 适当放大倍数 （&$， 下观察并拍摄照片， 用作第二相 $$$ ’ ） 的平均尺寸分布分析。图 % 为经常化处理的试样的透射电 镜照片。
硅钢中析出物的大小、 形状及其分布对电工钢的性能 有很大影响。如硅钢基体内存在细小弥散分布的亚稳定第 二相质点或沿晶界偏聚的元素， 其强烈阻碍初次再结晶晶 粒的正常长大， 当温度足够高时少数晶粒就能克服阻力而
［<］ 发生异常长大， 形成单一的 R%// 织构 。对于无取向电工 钢来说， 冷轧前如果其热轧带中的析出物量越多且尺寸粗