徠卡帶您走進金相學和金屬合金的世界（下）
更新時間：2021-06-10 點擊次數：1627
生命多彩
微觀結構的本色在金相學中的應用通常非常有限，但是當利用某些光學方法（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。
偏振光顯微術對于檢查非立方晶體結構與金屬（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構中的特征。
圖1：樹枝狀結構的彩色晶粒
顏色（色調）蝕刻劑通常采用化學方法（浸泡在溶液中）或電化學方法（浸泡在帶有電極和外加電位的溶液中），在樣品表面產生薄膜，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。對于用標準試劑蝕刻（侵蝕晶界）產生不完整網絡（晶界）從而阻止數字圖像重建的合金，由于不同晶粒取向導致的微觀結構顏色編碼允許進行粒度分析。
定量分析優于定性分析
定量金相學的起源在于應用光學顯微鏡研究金屬合金的顯微組織。材料科學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，現代的電動化和計算機化顯微鏡和圖像分析系統為自動化國際或行業標準所涵蓋的大多數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）和與基體微觀結構相關的測量（現場測量）。
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零件中孔隙度的評估。
現場測量的常見應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構成分的體積分數。使用圖像分析軟件，多個相位狀態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
宏觀檢驗技術經常用于常規質量控制以及失效分析或研究。這些技術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構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：
- 凝固或加工產生的宏觀結構模式（生長模式、流線、帶狀等）
- 焊縫熔深和熱影響區
- 由于凝固或工作引起的物理不連續性（孔隙、裂紋）
- 化學和電化學表面改性（脫碳、氧化、腐蝕、污染）
- 由于淬火不規則，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
總結
金屬合金由于其廣泛的性能，在許多技術和應用中發揮著突出的作用。目前有幾千種標準化合金可供選擇，隨著新需求的發展可能需要新的合金，這一數字還在持續增長。
金相學是對合金微觀結構的研究，合金微觀結構包括：相態、夾雜物和其他成分的微觀空間分布。人們使用了各種技術（通常采用顯微鏡技術）來揭示合金的微觀結構。
合金的微觀結構對其許多重要的宏觀性能有重要影響，如抗拉強度、延伸率和熱導率或導電率。對微觀組織和合金性能之間關系的透徹理解是金相學領域的根本原因。金相學知識用于冶金（合金設計和開發）和合金生產。
但同時，人們也開發出了多種多樣的陶瓷和聚合物材料來滿足諸多不同的應用。金相學的基本原理*可以應用到所有材料的特征分析當中。因此，更通用的術語“材料學”開始取代金相學。
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