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ANALISI CON MICROSCOPIO ELETTRONICO A SCANSIONE
Analisi delle superfici di frattura (frattografia)
L'analisi delle superfici di frattura è di grande aiuto per la comprensione delle cause di rottura, sia dei materiali metallici che plastici. Viene sempre condotta iniziando con l'osservazione ottica, allo stereomicroscopio ottico. L'osservazione più dettagliata avviene al microscopio elettronico a scansione (SEM). Il dettaglio della morfologia superficiale, ottenibile mediante il microscopio elettronico a scansione, consente di comprendere i meccanismi di rottura. Inoltre, la microanalisi elettronica a dispersione di energia, abbinata al microscopio elettronico a scansione, permette di determinare la composizione chimica della superficie analizzata, individuando corrosioni superficiali, inclusioni infragilenti, seconde fasi fragili, ecc...
ESEMPI:
La superficie di rottura di un componente in acciaio al carbonio presenta le caratteristiche striature dovute a fatica. Il carico applicato al componente con intensità variabile nel tempo, ha provocato una rottura per fatica. Il microscopio elettronico a scansione permette di individuare il fenomeno, risalire agli eventuali punti di innesco della rottura e suggerire così possibili soluzioni.
La superficie di rottura di un componente in lega di alluminio mostra le caratteristiche linee di spiaggia, dovute a variazioni nella distribuzione degli sforzi applicati. Questa morfologia è tipica delle rotture a fatica. Il microscopio elettronico a scansione permette di individuare il fenomeno, risalire agli eventuali punti di innesco della rottura e interpretarne le cause.
L'immagine al microscopio elettronico a scansione presenta la superficie di rottura di un componente in lega d'alluminio. L'aspetto microduttile della superficie indica l'assenza di infragilimento. Si osservano le inclusioni di seconde fasi, alcune delle quali sono indicate dalle frecce. La microanalisi elettronica a dispersione di energia è in grado di determinarne la composizione chimica.
Il tipico aspetto sfaccettato della superficie di rottura vista al microscopio elettronico a scansione indica che il materiale ha subito una rottura intergranulare, cioè lungo i bordi dei grani cristallini. Le cause possono essere molteplici e comprendono errati trattamenti termici, presenza nel materiale di elementi infragilenti, fenomeni di corrosione intergranulare, stati di sforzo anomali, ecc. Nel caso in oggetto, riferentesi ad una superlega a base nichel, si tratta di una rottura causata da corrosione sotto sforzo.
Le superfici di rottura di materiali plastici consentono di osservare la microstruttura del loro interno. In questo caso, relativo alla superficie di rottura di una gomma siliconica, si osserva la presenza di inclusioni volutamente introdotte nella gomma. Gli spettri EDS forniscono gli elementi presenti in due di queste incusioni: ossidi di calcio, silicio e magnesio, e composti di bromo, potassio e magnesio. l'elaborazione matematica degli spettri EDS fornisce anche una composizione semiquantitativa delle varie inclusioni.
La rottura intergranulare di questo acciaio per utensili, impiegato ad alta temperatura, è indice di un errato trattamento termico subito dal materiale. Il grano cristallino ha raggiunto dimensioni troppo elevate per l'impiego.
La superficie di rottura delle materie plastiche, osservata al microscopio elettronico a scansione è indicativa delle condizioni e delle modalità in cui è avvenuta la rottura. L'immagine mostra la superficie di rottura di un manufatto in polietilene ad alta densità, con il caratteristico aspetto a fibrille, tipico della propagazione lenta.
Superficie di rottura di polietilene ad alta densità, vista al microscopio elettronico a scansione. La morfologia della superficie indica una rottura di schianto. L'esame accurato mostra il verso di propagazione della rottura e consente di individuare i difetti che hanno originato il cedimento del materiale. Sono visibili alcune porosità del materiale.
