教育部【設備更新】來了！島津EPMA在形狀記憶合金中的應用

形狀記憶合金是通過熱彈性與馬氏體相變及其逆變而具有形狀記憶效應的由兩種以上金屬元素所構成的材料。迄今為止，人們發現具有形狀記憶效應的合金有50多種，在航空航天、機械電子、生物醫療等領域具有廣泛的應用。下文將舉例介紹電子探針（EPMA）在鎳-鈦形狀記憶合金中的應用。

圖1. 島津場發射電子探針EPMA-8050G

島津EPMA-8050G型電子探針（圖1）搭載高質量場發射電子光學系統，結合島津特有的52.5°高X射線取出角和全聚焦晶體，可以實現：

01優越的空間分辨率

EPMA-8050G可達到的更高級別的二次電子圖像分辨率3nm（加速電壓30kV）。

（加速電壓10kV時20nm@10nA/50nm@100nA/150nm@1μA）

02大束流更高靈敏度分析

可實現其他儀器所不能達到的大束流（加速電壓30kV時可達3μA）。在超微量元素的檢測靈敏度上實現了質的飛躍，將元素面分析時超微量元素成分分布的可視化成為現實。

按原子比由Ti和Ni各占50%的合金稱為鎳-鈦合金(Nitinol)，具有良好的形狀記憶性能和超彈性性能。形狀記憶合金具有一個顯著的特點，即變形到任意形狀后，加熱到相變溫度(相變點)或更高時，能恢復變形前的原始形狀，而超彈性合金則是在載荷作用下變形，在載荷消除后恢復原始形狀。相變溫度大致可以在0℃-100℃之間變化，主要通過改變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）。

正畸金屬絲是一種典型的鎳-鈦合金，具備形狀記憶和超彈性性能，主要的選材差異在于根據患者的牙周狀況和對疼痛的敏感程度來選擇具有不同相變溫度的矯正材料。圖2. 展示了正畸金屬絲中主要的合金元素面掃描圖像及相分析結果，清晰可見材料基體的元素組成以及其中離散分布的微米級別的混合相結構。

圖2. 正畸金屬絲中各合金元素面掃描圖像及相分析結果

選擇三種具有不同相變溫度的正畸材料分別進行定量分析，結果如表1所示，總含量低于1%的Cr元素存在較為明顯的含量差異。

表1. Af27、Af35、Af40型號正畸金屬絲元素定量測試結果

結合圖3. 展示的三種不同型號的元素面掃描結果，可以更清楚地看到Cr元素含量的差異，同時離散分布的點狀微結構中Ni元素被替代的情況也存在差別。

圖3. 各型正畸金屬絲中的元素面掃描圖像（a）Af27，（b）Af35，（c）Af40

圖4. 展示了放大條件下Af27材料中微結構的元素面掃描及相分析結果，表明多化合物混合相的存在。

圖4. Af27正畸金屬絲中化合物相分析

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