从高熵合金选相说起 | EBSD 相鉴别与相选择

EBSD 仅通过测量衍射带间夹角来确定相

熟悉 TEM 衍射斑点标定方法的同学都知道，只有同时测量衍射斑点对应的晶面间距和晶面夹角才能确定一个相，而 EBSD 能够只通过夹角信息来判定相？

其实，准确地说，单纯的 EBSD 系统没有【相鉴别】的功能，只有【相选择】的功能。

具体过程就是通过 Hough 变换识别磷屏获取的衍射花样中的各个条带及位置，测量并计算各个衍射条条带之间的夹角，然后与所分析相的晶面夹角列表比对，而列表基于所输入相中一系列特定的反射面，给出匹配度最高的解， 最后计算出取向矩阵获得取向信息。

这样的相判定方式就存在一个问题，如果样品中同时含有结构相同、晶面间距接近、或者成倍数关系的相时，它们的衍射花样会非常接近，甚至相同，晶面夹角当然也非常接近。

例如：Cu 和 Ni，两者空间群号均为 225，晶格常数分别为3.61 和 3.57。二者强度排在前 50 的反射面完全相同，衍射花样完全相同，晶面夹角也完全相同。当样品中同时含有 Cu 和 Ni 时，EBSD 是区分不开的，测试结果会是随机杂乱分布的点，或者会发现 TSL 系统中像素点的 CI 值均为零。

那如果样品中确实含有结构相同或相近的相怎么办呢？EBSD 商家早给我们想好了对策。

EBSD-EDS 一 体 化

对于结构相同或相近，成分不同的相可以利用EBSD-EDS一体化功能检测，即靠成分差别区分（在牛津仪器中称作 True Phase 功能）。

未使用 True Phase 功能

只靠衍射带间夹角，无法区分结构相同或相近的相

使用 True Phase 功能

准确区分结构相同或相近的相

带宽测量

对于结构相同或相近，而晶格常数差异比较明显的相，有的 EBSD 系统有测量带宽的功能，利用晶格常数差异会导致衍射带宽度变化的原理来区分，但这要求 EBSD 相机分辨率高，衍射花样足够清晰，因此对大多数样品较少使用。

特殊方法

对于成分和结构都相同的相，例如马氏体和铁素体，那就很难了，目前的区分方法主要是依据马氏体内固溶大量 C 原子导致晶格畸变，所以花样质量比铁素体差，衍射带衬度值低（具体方法谢村官博在 B 站视频中有详细介绍）。但只能近似表示，因为样品表面质量、变形、取向等同样会影响花样质量。

鉴别未知相

EBSD 有个对未知相进行相鉴别的功能，也是利用 EDS-EBSD 一体化来进行的，同时用成分和结构去缩小范围，判断相组成，具体做法如下：

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可以看出，合理选择采集参数对保证鉴别结果的准确性有着重要的影响。

高增益，短曝光              低增益，长曝光

花样较弱                           花样清晰

鉴别为【立方 ZrO₂】                  鉴别为【单斜 ZrO2】

误标点较多                           无误标点

标定率 93%                         标定率99%

但在一串结构相同成分相近的相中选择哪种相更可能，对 EDS 成分比例准确性和 EBSD 花样质量都要求尽可能高，主观因素还是很大，需要用 XRD 或者 TEM 进一步验证。

高熵合金选相

而 EBSD 相判定的原理恰恰可以帮助我们使用其测试高熵合金。高熵合金是由多种等量或近似等量的金属组成的合金，当合金系统的混合熵高于形成金属间化合物的熵变时，高熵效应会抑制金属间化合物的出现，形成简单的面心或体心立方等较为简单的结构。反正也区分不开，只需要输入一个结构相同、晶格常数接近的相就可以了。取向信息是通过计算衍射带对应的晶面和花样中心的夹角来确定的，而衍射带位置和对应晶面指数的确定对于结构相同的相是一样的，不受影响，因此取向信息是正确的。也就是除了相图不能用，其他的 EBSD 结果都是准确的。

下图是来自网络的高熵合金的组织结构，可以用组分中的 fcc 或 bcc 相直接标定即可。

例如：AlCoCrFeNi 高熵合金，直接用 Fe-fcc、Fe-bcc 标定即可获取准确的取向信息。

Phase Map                        IPF Map

总结

最后总结一下 EBSD 相判定：

· 异构异素晶体，直接测；

· 同构异素晶体，EBSD-EDS 一体化测；

· 同构同素晶体，没法测；

· 特例：复杂细小的金属间化合物，虽然同构异素，但考虑到 EDS 的影响区通常是微米级的，无法通过成分区分。即便使用 TKD，打出的杂散成分太多，也不适合，只能通过 TEM 看原子相的方式来判断。