Phenom台式扫描电子显微镜用于工业质量控制——案例研究

通过升级扫描电子显微镜（SEM），Vesuvius集团提升了铝的洁净度检测，并整体提高了使用Vesuvius Foseco解决方案处理的铸造铝产品的质量。实际上，借助Thermo Scientific Phenom ParticleX台式扫描电子显微镜，该公司的科研人员如今能够在同一铝样品上检测到比以往多 7 到 8 倍的颗粒，而且速度更快、效率更高。

Vesuvius Foseco及其在铸造创新中的作用

Vesuvius Foseco是Vesuvius集团的铸造事业部，全球领先于熔融金属流动工程与技术领域。公司拥有11,000名员工，分布在40个国家，其使命十分明确：提供产品和服务，帮助客户实现工业流程更加安全、高效和可持续发展。.

位于荷兰恩斯赫德的全球铸造研发中心是这一使命的重要组成部分，为整个Vesuvius组织内部客户提供服务，包括内部研究部门、商业团队和生产基地。该中心致力于新产品开发、工艺创新，并作为铸造厂解决方案合作伙伴建立信任关系。

研发中心的一个重要团队是研发分析服务实验室。该实验室负责量化Vesuvius产品的有效性，分析原材料，并开发创新的分析测试方法，以支持公司的使命。

铝清洁度检测的挑战

“如果原料金属洁净度不高，最终产品的洁净度也不会高。。我指的是所有机械性能都会受到影响，从抗拉强度到延伸率，再到韧性——这反过来可能会导致上游出现重大问题，如故障、失效和报废。”—— Hayati Sahin，硕士，非铁金属处理研发科学家，Vesuvius Foseco

如何确保用于汽车和航空航天等关键应用（甚至攸关生命安全的应用）的铝等有色金属达到最高洁净度？？这是Vesuvius Foseco研发分析服务实验室每天面临的重要挑战之一。

识别、分析、分类并消除铝中的夹杂物就是核心工作，但这绝非易事。

铝主要有两种基本形式：一种是初级合金（直接来自矿山）；另一种是二级合金（回收再利用）。在这两种情况下，铸造厂都会先将铝熔化，然后进行处理、脱气、清洁和过滤。而此时，研发分析服务实验室便介入其中。

即使最微小的夹杂物也可能引发重大问题。例如，存在氧化铝会导致材料出现弱点以及过度孔隙，这些都可能在熔融铝固化过程中形成。

为何需要新的扫描电子显微镜（SEM）方法

像所有工业质量控制操作一样，精确性至关重要。但鉴于样品数量庞大和配方多样，效率和处理速度同样重要。这也是为什么多年来，研发分析团队一直依赖于配备 Perception 自动化软件的 Thermo Scientific Aspex 台式扫描电子显微镜（SEM）。

然而，虽然 Aspex 台式 SEM 一直为团队提供良好服务，但它已接近使用寿命终点，在可用性和定量速度方面还有提升空间。正如研发分析实验室经理 Dr. Yasin Ugur Kayran 所解释：“SEM 是我们证明产品能够高效处理铝的重要工具。借助先进的自动化 SEM 技术，我们能够持续定量分析铝样品在处理前后的洁净度。”

因此，团队评估了多个品牌的扫描电子显微镜，但发现这些系统过于复杂且耗时。因此，他们再次向 Thermo Fisher Scientific 寻求解决方案。

Phenom 台式 SEM 用于工业质量控制

“对于像我们这样的操作来说，服务连续性至关重要。Phenom ParticleX [台式 SEM] 交付后，我们立即投入使用。我们发现学习起来非常简单直观。”—— Dr. Ugur Kayran，研发分析服务实验室经理

Kayran 博士及其团队迅速确定将集成 Perception 软件的 Phenom ParticleX 台式 SEM 来替代Aspex 台式 SEM。

凭借其自动化功能，Phenom ParticleX 台式 SEM 可在纳米颗粒层面，以出色的准确性和速度对铝、钢等金属进行成分分析和失效分析。

对于研发分析服务团队来说，这也开启了一种全新且更高效的工作方式，并辅以团队自主开发的样品制备方法，可一次将 12 个样品放入 SEM 中并自动进行分析。

更优的工作方式

那么，这种易用性的提升在实际应用中究竟体现在哪些方面？

• 首先，研发分析服务部门的七名成员都能够快速、轻松地学习这一直观的新系统，从而最大限度地减少了停机时间。
• 配方中的数据运行设置逻辑变得更加简单，尤其是在处理多个数据集时。
• 因此，分析方案的创建也变得更加简便，这对于一个同时需要处理数数十套分析程序的繁忙实验室来说至关重要。
• 确定和调整阈值。在给定样品中允许包含物的数量和性质变得更加容易，现在可以通过实时成像反映出来。
• 也许最重要的是，成像质量因此，被检测到的颗粒数量大幅增加。

非铁金属处理研发科学家Hayati Sahin表示：“特别是定义阈值对我们来说至关重要，但我们一直觉得这很有挑战性。然而，使用Phenom ParticleX [台式扫描电子显微镜]后，这变得简单了。根据SEM显示的[灰度]强度，任何比平均值更暗或更亮的都可以轻松识别和分类。”

结果：更快、更准确的颗粒检测

“以前衡量我们为客户提供的熔体处理产品的真正有效性有时很困难，但现在Phenom ParticleX [台式扫描电子显微镜]让我们能够以客观方式在纳米尺度上实现这一目标。团队中的每个人都使用相同的自动化技术和流程，确保结果一致，没有人为差异或错误。”—— Dr. Yasin Ugur Kayran，Vesuvius Foseco研发分析服务实验室经理

如今，Vesuvius Foseco团队能够在相同铝样品上以更高速度检测到更多颗粒。

研发分析服务团队将这一成果主要归因于Phenom ParticleX台式扫描电子显微镜改进后的放大能力，这主要得益于每个分析阶段后的消磁操作，可以去除内部荷电，从而提升光学聚焦。此外，还有Phenom Particle X台式扫描电子显微镜的新软件和先进组件。

然而，这一重大转变也得益于Vesuvius Foseco自身的创新工作。与钢不同，铝没有ISO分析标准，因此公司建立了自己的标准，称为VMET。

通过开发VMET，Vesuvius Foseco现在可以在处理前后对铝样品中的关键特征（孔隙、氧化物及其他颗粒）进行分类和比较。重要的是，如果没有Thermo Scientific SEM技术，这是无法实现的。

铝清洁度测试关键功能。

展望未来：利用桌面扫描电子显微镜（SEM）实现工业质量控制的规模化

在接收Phenom ParticleX桌面扫描电子显微镜一年后，Vesuvius Foseco在铝包裹物分析方面建立立了新的标准。但他们并不打算止步于此。

在赛默飞世尔科技团队的支持下，研发分析服务实验室不断发现新功能，并学习各种“技巧和窍门”，让他们的日常工作更加高效。其他功能，如所有Phenom ParticleX桌面SEM都配备的自动化工业报告功能，还尚待探索。

然而，正如Kayran博士所解释的那样，关键点是团队现在拥有一个能够与他们共同成长、具备未来适应能力的解决方案。“我们与赛默飞世尔科技沟通顺畅且便捷，这很重要，因为我们已经开始在样品分析方面将这个系统推向极限。我们之所以能做到这一点，是因为这个系统比我们预期的更强大。”

这对Vesuvius Foseco及其客户来说是个好消息。

Phenom ParticleX桌面扫描电子显微镜：不仅仅用于金属分析

Vesuvius集团正在使用Phenom ParticleX桌面SEM进行金属夹杂物分析。然而，这台仪器已被证实可广泛应用于多种工业质量环境，包括增材制造材料、技术清洁度、钢铁、电池正极粉末以及枪击残留物分析等领域。

Perception自动化软件不仅适用于所有Phenom ParticleX台式SEM，也可用于多款其他赛默飞仪器。