APPLICATION OF THE ANALYTICAL ELECTRON MICROSCOPE TO THE STUDY OF GRAIN BOUNDARY CHEMISTRY

La spectroscopie des rayons X avec haute définition de l'image employée dans un microscope électronique analytique (AEM) est une technique efficace pour étudier les changements chimiques aux joints de grains des métaux et des céramiques. Un avantage important est obtenu par l'emploi du microscope électronique analytique dans ces études : la capacité d'obtenir des analyses microchimiques quantitatives exactes des régions des joints de grains et de déterminer les caractéristiques structurales et cristallographiques des mêmes régions. Dans cet article les procédés expérimentaux de l'analyse AEM sont discutés, en particulier les avantages et les limitations de la technique. Deux cas très différents font exemple de la technique : la ségrégation équilibre de Fe aux joints de grains de MgO (un effet coulombique) et l'épuisement de Cr aux joints de grains de l'acier inoxydable causé par la précipitation des carbures enrichis en Cr. Un modèle mathématique nous permet de comprendre autant que possible les résultats expérimentaux pour chaque cas. L'effet des paramètres instrumentaux et structuraux sur les profils de composition des deux exemples est donné. On discutera tout au long les résultats donnés par l'analyse AEM et le rapport avec les théories du développement des variations chimiques aux joints des grains.High spatial resolution X-ray spectroscopy in the analytical electron microscope (AEM) is a powerful tool for the study of changes in chemistry which occur at grain boundaries in metals and ceramics. Two major advantages are realized through the use of the AEM in these studies : the ability to obtain accurate quantitative microchemical analysis of grain boundary regions, and the capability for determining the structural and crystallographic characteristics of the boundaries on which the chemical measurements were made. In this presentation, experimental procedures for AEM microanalysis are briefly discussed, with emphasis on the capabilities and limitations of the technique. The application of these procedures is illustrated using two important cases which serve to demonstrate a wide range of possible behavior : the equilibrium segregation of Fe to grain boundaries in MgO due to space-charge considerations, and the depletion of Cr at grain boundaries in stainless steel caused by the precipitation of Cr-rich carbides. A mathematical model will be utilized to extract the maximum information from the experimental data in each case. The effect of instrumental and structural parameters on the composition profiles in both systems will be shown. The types of information provided by the AEM, and its relation to theories of the development of chemistry variations at grain boundaries, will be discussed in detail