การใช้เทคนิค SEM/EDS ในการวิเคราะห์ Casting Defect.
กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (Scanning Electron Microscope / SEM) เป็นกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนชนิดหนึ่งที่ถ่ายภาพชิ้นงานโดยอาศัยหลักการกราดไปบนพื้นผิวตัวอย่าง
ด้วยลำอิเล็กตรอนที่มีพลังงานสูงที่ถูกปล่อยจากแหล่งกำเนิด (Electron gun) เมื่ออิเล็กตรอนดังกล่าวกระทบกับผิวชิ้นงานที่ประกอบไปด้วยอะตอมต่างๆ จะเกิดการสะท้อนสัญญาณ ที่สามารถนำไปประมวลผลและให้ข้อมูลเป็นภาพพื้นผิวของวัตถุ, องค์ประกอบของพื้นผิว และ คุณสมบัติอื่นๆ เช่น คุณสมบัติการนำไฟฟ้า เป็นต้น
จากคุณสมบัติดังกล่าวจึงได้นำ SEM มาใช้ร่วมกันกับเทคนิคการวัดการกระจายพลังงานของ รังสีเอกซ์ (Energy Dispersive X-ray Spectroscropy / EDS / EDX)
โดยมีหลักการทำงานอยู่ที่ การกระตุ้นวัตถุตัวอย่างโดยอนุภาคพลังงานสูง อันได้แก่อนุภาคอิเล็กตรอน ซึ่งจะถูกปล่อยออกมาจากหลอดกำเนิดรังสีเอกซ์ (X-ray tube)
อนุภาคจะถูกเร่งให้เคลื่อนที่มาอย่างรวดเร็วมีพลังงานจลน์สูง เมื่ออนุภาคนี้ผ่านเข้ามาในอะตอมของวัตถุตัวอย่าง บางส่วนก็จะมีโอกาสที่จะชนกับ อิเล็กตรอนที่อยู่ในอะตอม
ในการชนนี้ก็จะถ่ายทอดพลังงานให้แก่อิเล็กตรอน ทำให้อิเล็กตรอนมี พลังงานสูงขึ้นและโดยทั่วไปมักจะสูงมากพอที่จะหลุดออกไปจากอะตอม เป็นอิเล็กตรอนอิสระ
ทำให้เกิดที่ว่างขึ้นซึ่งอิเล็กตรอนที่อยู่ชั้นสูงกว่าก็จะตกลงมาอยู่แทนที่ ในการตกลงมาอยู่ชั้นต่ำกว่านี้อิเล็กตรอนก็จะต้องปล่อยหรือคายพลังงานที่มีอยู่มากเกินระดับที่ต้องการออกไป
พลังงานที่คาย ออกมาจะอยู่ในรูปของรังสีเอกซ์เฉพาะ (characteristic x-ray) ซึ่งจะบอกได้ว่าวัตถุตัวอย่างมี องค์ประกอบของธาตุใดบ้าง เนื่องจากแต่ละธาตุมีรังสีเอกซ์เฉพาะที่ไม่เหมือนกัน
โดยการวิเคราะห์เชิงคุณภาพ เราจะได้สเปกตรัมของธาตุแต่ละชนิดที่ทำการวิเคราะห์
โดยมีหลักการคือ รังสีเอกซ์จากแหล่งกำเนิดเข้าไปชนสารตัวอย่าง ทำให้อิเล็กตรอนในวงในสุดของอะตอมของธาตุหลุดออกไป
อิเล็กตรอนในวงถัดมาจะเข้ามาแทนที่เกิดการคายพลังงานส่วนเกินออกมาในลักษณะของเอ็กซ์เรย์ฟลูออเรสเซนส์มีค่าพลังงานเป็นค่าเฉพาะตัวของธาตุนั้นๆ
เป็นพื้นฐานของการวิเคราะห์เชิงคุณภาพ ส่วนความเข้มข้นของเอ็กเรย์ฟลูออเรสเซนส์ที่เกิดขึ้นจะเป็นพื้นฐานการวิเคราะห์เชิงปริมาณ
จากตัวอย่างที่จะกล่าวถึงเป็นการนำชิ้นงานหล่อโลหะที่บริเวณปกติเทียบกับริเวณผิดปกติ
ภาพที่1 ชิ้นส่วนตัวอย่างที่ทำการวิเคราะห์ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดร่วมกับเทคนิคการวัดการกระจายพลังงานของรังสีเอกซ์ (Energy Dispersive X-ray Spectroscropy / EDS / EDX)
โดยเทียบบริเวณที่เป็นปกติกับบริเวณที่พบว่าผิดปกติของชิ้นงานหล่อโลหะ
ภาพที่2 ภาพถ่ายจากกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด ที่กำลังขยาย 100X
เพื่อทำการวิเคราะห์พื้นผิวเทียบกันระหว่างบริเวณที่เป็นปกติกับบริเวณที่ผิดปกติของชิ้นงานหล่อโลหะ
ภาพที่3 ภาพถ่ายจากกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด ที่กำลังขยาย 2,000X บริเวณพื้นผิวของชิ้นงานหล่อโลหะที่ปกติ
ภาพที่4 สเปกตรัม EDS จะแสดงความสัมพันธ์ระหว่างจำนวนสัญญาณเอกซ์เรย์ที่จับได้ (X-ray counts) ทางแกน Y กับพลังงาน (energy) ที่ใช้ในการวิเคราะห์ในหน่วย keV
ทางแกน X พีคที่เกิดขึ้นในสเปกตรัมจะสอดคล้องกับธาตุที่เป็นองค์ประกอบ ในชิ้นงานที่ทำการวิเคราะห์ ซึ่งจากสเปกตรัมจะพบพีคของธาตุเหล็ก(Fe) ที่เด่นชัด
ภาพที่ 5 ภาพถ่ายจากกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด ที่กำลังขยาย 2,000X บริเวณพื้นผิวของชิ้นงานหล่อโลหะที่ผิดปกติ
ภาพที่6 สเปกตรัม EDS จะแสดงความสัมพันธ์ระหว่างจำนวนสัญญาณเอกซ์เรย์ที่จับได้ (X-ray counts) ทางแกน Y กับพลังงาน (energy) ที่ใช้ในการวิเคราะห์ในหน่วย keV
ทางแกน X พีคที่เกิดขึ้นในสเปกตรัมจะสอดคล้องกับธาตุที่เป็นองค์ประกอบ ในชิ้นงานที่ทำการวิเคราะห์ ซึ่งจากสเปกตรัมจะพบพีคของธาตุเหล็ก(Fe) ในทางที่ลดลง
และพบพีคของธาตุที่เป็นสิ่งเจือปนเพิ่มมากขึ้น เช่น คาร์บอน C , ออกซิเจน O ,โซเดียม Na ,แมกนีเซียม Mg ,อลูมิเนียม Al, ซิลิกอน Si,ซัลเฟอร์ S , แคลเซียม Ca และ แมงกานีส Mn เป็นต้น
ภาพที่7 เป็นการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีภาพเข้ามาร่วมกับอุปกรณ์ตรวจจับสัญญาณเอกซ์เรย์เกิดเป็นสัญญาณภาพที่แสดงให้เห็นการกระจายของธาตุชนิดต่างๆ
จากภาพแสดงพื้นที่ที่กำหนด (X-ray element mapping) บนพื้นผิวชิ้นงาน โดยวิเคราะห์ด้วยเทคนิค X-ray mapping
พบว่ามีการกระจายตัวของธาตุเหล็ก (Fe) อยู่รอบๆ และยังพบธาตุชนิดต่างๆ เช่น คาร์บอน C , ออกซิเจน O ,โซเดียม Na ,แมกนีเซียม Mg ,อลูมิเนียม Al, ซิลิกอน Si,ซัลเฟอร์ S , แคลเซียม Ca และ แมงกานีส Mn ดังที่กล่าว
ภาพที่ 8 สเปกตรา EDS จะแสดงความสัมพันธ์เปรียบเทียบกันระหว่างพื้นผิวบริเวณที่เป็นปกติ (Normal area)และพื้นผิวบริเวณที่ผิดปกติ (Defect area)
จากสเปกตราดังกล่าวจะเห็นได้ว่า พื้นที่ที่ผิดปกตินั้นมีพีคที่เป็นธาตุอื่นๆเจือปนมาอย่างชัดเจน
ตารางที่ 1 เปรียบเทียบธาตุที่พบบริเวณ Normal และ Defect
สรุปการพบธาตุที่ปนเปื้อนนั้น ต้องกลับไปดูที่สาเหตุของการเกิด Defect ในชิ้นงานนั้น ว่าเข้าข่ายของการควบคุมในส่วนของการผลิตส่วนใด เพื่อที่จะแก้ไขข้อบกพร่องที่พบ และป้องกันการเกิดซ้ำอีกในอนาคต
- 2
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2025 Blockdit
