徠卡帶您走進金相學(xué)和金屬合金的世界（下）
更新時間：2021-06-10 點擊次數(shù)：1270
生命多彩
微觀結(jié)構(gòu)的本色在金相學(xué)中的應(yīng)用通常非常有限，但是當利用某些光學(xué)方法（如偏振光或DIC）或樣品制備方法（如彩色蝕刻）時，顏色可以顯示有用的信息。
偏振光顯微術(shù)對于檢查非立方晶體結(jié)構(gòu)與金屬（如Ti、Be、U和Zr）非常有幫助。遺憾的是，主要的商用合金（Fe、Cu、Al）對偏振光不敏感，因此彩色或著色蝕刻提供了一種額外的方法來揭示和辨別微觀結(jié)構(gòu)中的特征。
圖1：樹枝狀結(jié)構(gòu)的彩色晶粒
顏色（色調(diào)）蝕刻劑通常采用化學(xué)方法（浸泡在溶液中）或電化學(xué)方法（浸泡在帶有電極和外加電位的溶液中），在樣品表面產(chǎn)生薄膜，這通常取決于特征。薄膜與反射光相互作用并通過干涉產(chǎn)生顏色，這在正常明場照明下可以觀察到，但是通過偏振光和相位延遲（λ或波片）可以顯著增強。另外，熱著色或氣相沉積是產(chǎn)生干涉膜的替代方法。
在鋼合金中，所謂的“第二相”成分可以通過蝕刻選擇性地著色，這提供了一種分別識別和量化它們的方法。用彩色蝕刻法鑒別鋼中的鐵素體和碳化物是一種常用的方法。
干涉膜的生長可以是樣品表面特征（如晶粒）晶體取向的函數(shù)。對于用標準試劑蝕刻（侵蝕晶界）產(chǎn)生不完整網(wǎng)絡(luò)（晶界）從而阻止數(shù)字圖像重建的合金，由于不同晶粒取向?qū)е碌奈⒂^結(jié)構(gòu)顏色編碼允許進行粒度分析。
定量分析優(yōu)于定性分析
定量金相學(xué)的起源在于應(yīng)用光學(xué)顯微鏡研究金屬合金的顯微組織。材料科學(xué)家必須解決的第一個基本問題是：
- 合金中某些特征性尺寸是多少，總共有多少這種類型的特征？
- 合金當中存在多少特定成分？
圖2：含有球狀石墨的球墨鑄鐵（HC PL Fluotar 10倍物鏡，明場）
多年來，使用圖表評級和視覺比較是能夠用半定量描述回答這些問題的方法。如今，現(xiàn)代的電動化和計算機化顯微鏡和圖像分析系統(tǒng)為自動化國際或行業(yè)標準所涵蓋的大多數(shù)評價和評估方法提供了快速和準確的手段。
測量通常在一系列二維圖像上進行，可分為兩大類：用于量化離散晶粒的大小、形狀和分布的測量（特征測量）和與基體微觀結(jié)構(gòu)相關(guān)的測量（現(xiàn)場測量）。
第一組的幾個例子是鋼中夾雜物含量的測定、鑄鐵中石墨的分類以及熱噴涂涂層或燒結(jié)零件中孔隙度的評估。
現(xiàn)場測量的常見應(yīng)用是通過截取法或平面法確定平均晶粒尺寸，以及通過相分析估計微觀結(jié)構(gòu)成分的體積分數(shù)。使用圖像分析軟件，多個相位狀態(tài)都可以在單一的視野中進行檢測、量化并以圖形表示。
不僅著眼于微觀，還著眼于宏觀
宏觀檢驗技術(shù)經(jīng)常用于常規(guī)質(zhì)量控制以及失效分析或研究。這些技術(shù)通常是顯微觀察的前奏，但有時也可以單獨用作接受或拒絕的標準。
圖3：鋼的表面硬化
宏觀蝕刻試驗可能是該組內(nèi)信息量非常大的工具并且廣泛用于材料加工或成形的許多階段的質(zhì)量檢驗。借助于立體顯微鏡和各種各樣的照明模式，而宏觀刻蝕通過揭示材料微觀結(jié)構(gòu)中缺乏均勻性來提供組件均勻度的整體視圖。其中部分舉例如下：
- 凝固或加工產(chǎn)生的宏觀結(jié)構(gòu)模式（生長模式、流線、帶狀等）
- 焊縫熔深和熱影響區(qū)
- 由于凝固或工作引起的物理不連續(xù)性（孔隙、裂紋）
- 化學(xué)和電化學(xué)表面改性（脫碳、氧化、腐蝕、污染）
- 由于淬火不規(guī)則，鋼合金或鋼型的表面硬化深度（表面硬化）
- 磨削或加工不當造成的損壞
- 過熱或疲勞引起的熱效應(yīng)
總結(jié)
金屬合金由于其廣泛的性能，在許多技術(shù)和應(yīng)用中發(fā)揮著突出的作用。目前有幾千種標準化合金可供選擇，隨著新需求的發(fā)展可能需要新的合金，這一數(shù)字還在持續(xù)增長。
金相學(xué)是對合金微觀結(jié)構(gòu)的研究，合金微觀結(jié)構(gòu)包括：相態(tài)、夾雜物和其他成分的微觀空間分布。人們使用了各種技術(shù)（通常采用顯微鏡技術(shù)）來揭示合金的微觀結(jié)構(gòu)。
合金的微觀結(jié)構(gòu)對其許多重要的宏觀性能有重要影響，如抗拉強度、延伸率和熱導(dǎo)率或?qū)щ娐省ξ⒂^組織和合金性能之間關(guān)系的透徹理解是金相學(xué)領(lǐng)域的根本原因。金相學(xué)知識用于冶金（合金設(shè)計和開發(fā)）和合金生產(chǎn)。
但同時，人們也開發(fā)出了多種多樣的陶瓷和聚合物材料來滿足諸多不同的應(yīng)用。金相學(xué)的基本原理*可以應(yīng)用到所有材料的特征分析當中。因此，更通用的術(shù)語“材料學(xué)”開始取代金相學(xué)。
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