同步辐射K边减影成像及其在多孔金属材料中的应用

张强; 户田裕之

doi:10.7498/aps.60.114103

摘要

基于元素吸收边附近两个能量上线性吸收系数存在差异,开发了同步辐射K边减影成像技术来标识元素的三维分布.采用略高于和略低于Zn元素K吸收边的能量分别成像,利用其减影像表征了Al-Zn-Mg泡沫铝材料中Zn元素的三维分布和定量化信息.铸态泡沫铝胞壁上Zn的空间分布不均匀,经过长时间固溶处理,Zn的偏聚情况减小;分析了该泡沫铝的断裂行为,发现其胞壁的脆性断裂与Zn元素的不均匀分布有关.研究结果表明,K边减影成像技术为材料三维组织定量表征提供了有力的分析手段.

关键词:

Abstract

On the basis of sudden change of linear absorption coefficient (LACs) in the vicinity of absorption edge, the synchrotron K-edge subtraction technique is developed to label the three-dimensional (3D) distribution of element. In this work, tomographic scans above and below the specific absorption edge of Zn are carried out and the subtracted image is used to identify and quantify the 3D distribution of Zn element inside the cell wall of Al-Zn-Mg foam. A non-uniform spatial distribution of Zn element is found in the cell wall of as-cast foam. After long solution tratment, the concentration of Zn element tended to be homogeneous. It is confirmed that the local agglomerated Zn-bearing particles exerta negative influence on the brittle cracking of the cell wall. The K-edge subtraction technique provides a powerful tool for the quantitative microstructure characterization of three-dimensional tissues.

Keywords:

作者及机构信息

张强¹,
户田裕之²

1.
哈尔滨工业大学材料科学与工程学院,哈尔滨 150001;

2.
日本丰桥技术科学大学机械工程系,爱知 441-8550

基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 51001037)和日本同步辐射设施JASRI项目(批准号: 2008B1147和2009B1374) 资助的课题.

Authors and contacts

Zhang Qiang¹,
Hiroyuki Toda²

1.
School of Materials Science and Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China;

2.
Department of Mechanical Engineering, Toyohashi University of Technology, Aichi 441-8550, Japan

参考文献

[1]	Banhart J, Weaire D 2002 Phys. Today 55 37
[2]	Liu C S, Han F S, Zhu Z G 1997 Acta Phys. Sin. 46 1585 (in Chinese) [刘长松、韩福生、朱震刚 1997 46 1585]
[3]	Lefebvre L P, Banhart J, Dunand D C 2008 Adv. Eng. Mater. 10 775
[4]	Flannery B P, Deckman H W, Roberge W G, D’Amico K L 1987 Science 237 1439
[5]	Wang M, Hu X F, Wu X P 2006 Acta Phys. Sin. 55 4065 (in Chinese) [汪敏、胡小方、伍小平 2006 55 4065]
[6]	Zhang X Z, Xu Z J, Zhen X J, Wang Y, Guo Z, Yan R, Chang R, Zhou R R, Tai R Z 2010 Acta Phys. Sin. 59 4535 (in Chinese) [张祥志、许子健、甄香君、王勇、郭智、严睿、常睿、周冉冉、邰仁忠 2010 59 4535]
[7]	Grodzins L 1983 Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. 206 547
[8]	Scheckel K, Hamon R, Jassogne L, Rivers M, Lombi E 2007 Plant Soil 290 51
[9]	Guo R Y, Ma H J, Xue Y L, Xie H L, Deng B, Du G H, Wang M, Xiao T Q 2010 Acta Opt. Sin. 30 2898 (in Chinese) [郭荣怡、马红娟、薛艳玲、谢红兰、邓彪、杜国浩、王敏、肖体乔 2010光学学报 30 2898]
[10]	Rau C, Somogyi A, Simionovici A 2003 Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B 200 444
[11]	Baruchel J, Buffière J Y, Maire E, Merle P, Peix G 2000 X-Ray Tomography in Materials Science (Paris: Hermes Science Publications) p19
[12]	Macgillavry C H, Rieck G D 1985 International Tables for X-Ray Crystallography. Volume III: Physical and Chemical Tables 2nd Edition (Dordrecht, Holland: D. Reidel Publishing Company) p161
[13]	Prince E 2004 International Tables for Crystallography Volume C: Mathematical, Physical and Chemical Tables 3rd Edition (The Netherlands: Kluwer Academic Publishers) p206
[14]	Ikeda S, Nakano T, Tsuchiyama A, Uesugi K, Suzuki Y, Nakamura K I, Nakashima Y, Yoshida H 2004 Am. Mineral. 89 1304
[15]	Singh S N 1970 Scr. Metall. 4 147
[16]	Ohgaki T, Toda H, Kobayashi M, Uesugi K, Niinomi M, Akahori T, Kobayash T, Makii K, Aruga Y 2006 Philos. Mag. 86 4417
[17]	Zhang H, Toda H, Hara H, Kobayashi M, Kobayashi T, Sugiyama D, Kuroda N, Uesugi K 2007 Metall. Mater. Trans. A 38 1774
[18]	Toda H, Ohgaki T, Uesugi K, Kobayashi M, Kuroda N, Kobayashi T, Niinomi M, Akahori T, Makii K, Aruga Y 2006 Metall. Mater. Trans. A 37 1211

施引文献

[1]	Banhart J, Weaire D 2002 Phys. Today 55 37
[2]	Liu C S, Han F S, Zhu Z G 1997 Acta Phys. Sin. 46 1585 (in Chinese) [刘长松、韩福生、朱震刚 1997 46 1585]
[3]	Lefebvre L P, Banhart J, Dunand D C 2008 Adv. Eng. Mater. 10 775
[4]	Flannery B P, Deckman H W, Roberge W G, D’Amico K L 1987 Science 237 1439
[5]	Wang M, Hu X F, Wu X P 2006 Acta Phys. Sin. 55 4065 (in Chinese) [汪敏、胡小方、伍小平 2006 55 4065]
[6]	Zhang X Z, Xu Z J, Zhen X J, Wang Y, Guo Z, Yan R, Chang R, Zhou R R, Tai R Z 2010 Acta Phys. Sin. 59 4535 (in Chinese) [张祥志、许子健、甄香君、王勇、郭智、严睿、常睿、周冉冉、邰仁忠 2010 59 4535]
[7]	Grodzins L 1983 Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. 206 547
[8]	Scheckel K, Hamon R, Jassogne L, Rivers M, Lombi E 2007 Plant Soil 290 51
[9]	Guo R Y, Ma H J, Xue Y L, Xie H L, Deng B, Du G H, Wang M, Xiao T Q 2010 Acta Opt. Sin. 30 2898 (in Chinese) [郭荣怡、马红娟、薛艳玲、谢红兰、邓彪、杜国浩、王敏、肖体乔 2010光学学报 30 2898]
[10]	Rau C, Somogyi A, Simionovici A 2003 Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B 200 444
[11]	Baruchel J, Buffière J Y, Maire E, Merle P, Peix G 2000 X-Ray Tomography in Materials Science (Paris: Hermes Science Publications) p19
[12]	Macgillavry C H, Rieck G D 1985 International Tables for X-Ray Crystallography. Volume III: Physical and Chemical Tables 2nd Edition (Dordrecht, Holland: D. Reidel Publishing Company) p161
[13]	Prince E 2004 International Tables for Crystallography Volume C: Mathematical, Physical and Chemical Tables 3rd Edition (The Netherlands: Kluwer Academic Publishers) p206
[14]	Ikeda S, Nakano T, Tsuchiyama A, Uesugi K, Suzuki Y, Nakamura K I, Nakashima Y, Yoshida H 2004 Am. Mineral. 89 1304
[15]	Singh S N 1970 Scr. Metall. 4 147
[16]	Ohgaki T, Toda H, Kobayashi M, Uesugi K, Niinomi M, Akahori T, Kobayash T, Makii K, Aruga Y 2006 Philos. Mag. 86 4417
[17]	Zhang H, Toda H, Hara H, Kobayashi M, Kobayashi T, Sugiyama D, Kuroda N, Uesugi K 2007 Metall. Mater. Trans. A 38 1774
[18]	Toda H, Ohgaki T, Uesugi K, Kobayashi M, Kuroda N, Kobayashi T, Niinomi M, Akahori T, Makii K, Aruga Y 2006 Metall. Mater. Trans. A 37 1211

[1]	叶凤娇, 张鹏, 张红强, 况鹏, 于润升, 王宝义, 曹兴忠. 正电子湮没符合多普勒展宽技术的材料学研究进展. , 2024, 73(7): 077801. doi: 10.7498/aps.73.20231487
[2]	周光照, 胡哲, 杨树敏, 廖可梁, 周平, 刘科, 滑文强, 王玉柱, 边风刚, 王劼. 上海光源硬X射线相干衍射成像实验方法初探. , 2020, 69(3): 034102. doi: 10.7498/aps.69.20191586
[3]	杨俊亮, 李中亮, 李瑭, 朱晔, 宋丽, 薛莲, 张小威. 多晶体光路配置的X射线衍射特性及在表征同步辐射光束线带宽上的应用. , 2020, 69(10): 104101. doi: 10.7498/aps.69.20200165
[4]	李晓东, 李晖, 李鹏善. 同步辐射高压单晶衍射实验技术. , 2017, 66(3): 036203. doi: 10.7498/aps.66.036203
[5]	温志文, 祁辉荣, 代洪亮, 张余炼, 魏堃, 张建, 欧阳群, 邵剑雄. 一维丝室气体探测器衍射像差的修正方法研究. , 2015, 64(8): 082901. doi: 10.7498/aps.64.082901
[6]	戚俊成, 叶琳琳, 陈荣昌, 谢红兰, 任玉琦, 杜国浩, 邓彪, 肖体乔. 第三代同步辐射光源X射线相干性测量研究. , 2014, 63(10): 104202. doi: 10.7498/aps.63.104202
[7]	李一丁, 张鹏飞, 张辉, 徐宏亮. 电子磁矩对同步辐射频谱的修正. , 2013, 62(9): 094103. doi: 10.7498/aps.62.094103
[8]	康朝阳, 唐军, 李利民, 闫文盛, 徐彭寿, 韦世强. SiO2/Si衬底上石墨烯的制备与结构表征. , 2012, 61(3): 037302. doi: 10.7498/aps.61.037302
[9]	闫芬, 张继超, 李爱国, 杨科, 王华, 毛成文, 梁东旭, 闫帅, 李炯, 余笑寒. 基于同步辐射的快速扫描X射线微束荧光成像方法. , 2011, 60(9): 090702. doi: 10.7498/aps.60.090702
[10]	陈伯伦, 杨正华, 曹柱荣, 董建军, 侯立飞, 崔延莉, 江少恩, 易荣清, 李三伟, 刘慎业, 杨家敏. 同步辐射标定平面镜反射率不确定度分析方法研究. , 2010, 59(10): 7078-7085. doi: 10.7498/aps.59.7078
[11]	张祥志, 许子健, 甄香君, 王勇, 郭智, 严睿, 常睿, 周冉冉, 邰仁忠. 基于软X射线谱学显微双能衬度图像的元素空间分布研究. , 2010, 59(7): 4535-4541. doi: 10.7498/aps.59.4535
[12]	王巧占, 于润升, 秦秀波, 李玉晓, 王宝义, 贾全杰. 介孔SiO2薄膜孔结构的慢正电子技术表征. , 2009, 58(12): 8478-8483. doi: 10.7498/aps.58.8478
[13]	汪敏, 岑豫皖, 胡小方, 余晓流, 朱佩平. 同步辐射计算机断层技术光源误差机理分析. , 2008, 57(10): 6202-6206. doi: 10.7498/aps.57.6202
[14]	黄超群, 卫立夏, 杨斌, 杨锐, 王思胜, 单晓斌, 齐飞, 张允武, 盛六四, 郝立庆, 周士康, 王振亚. HFC-152a的同步辐射真空紫外光电离和光解离研究. , 2006, 55(3): 1083-1088. doi: 10.7498/aps.55.1083
[15]	王思胜, 孔蕊弘, 田振玉, 单晓斌, 张允武, 盛六四, 王振亚, 郝立庆, 周士康. Ar?NO团簇的同步辐射光电离研究. , 2006, 55(7): 3433-3437. doi: 10.7498/aps.55.3433
[16]	郭小云, 石才土, 张久昶, 辛洪兵. 永磁扭摆磁铁的同步辐射特性和结构分析. , 2006, 55(4): 1731-1735. doi: 10.7498/aps.55.1731
[17]	舒航, 朱佩平, 王寯越, 高欣, 伊红霞, 刘波, 袁清习, 黄万霞, 罗述谦, 高秀来, 吴自玉, 方守贤. 衍射增强成像方法在计算机断层成像中的应用. , 2006, 55(3): 1099-1106. doi: 10.7498/aps.55.1099
[18]	朱佩平, 袁清习, 黄万霞, 王寯越, 舒航, 吴自玉, 冼鼎昌. 衍射增强成像原理. , 2006, 55(3): 1089-1098. doi: 10.7498/aps.55.1089
[19]	邹崇文, 孙柏, 王国栋, 张文华, 徐彭寿, 潘海斌, 徐法强, 尹志军, 邱凯. 低覆盖度的Au/GaN(0001)界面的同步辐射研究. , 2005, 54(8): 3793-3798. doi: 10.7498/aps.54.3793
[20]	黄万霞, 袁清习, 田玉莲, 朱佩平, 姜晓明, 王寯越. 同步辐射硬x射线衍射增强成像新进展. , 2005, 54(2): 677-681. doi: 10.7498/aps.54.677

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