金相顯微鏡不同視場(chǎng)功能的原理與應(yīng)用
眾所周知,金相顯微鏡具有明場(chǎng)、暗場(chǎng)、偏光以及微分干涉等不同的觀察模式。在金相組織觀察過(guò)程中,常規(guī)應(yīng)用最廣泛的就是明場(chǎng),大部分金相檢驗(yàn)檢測(cè)都可以通過(guò)明場(chǎng)模式拍攝。然而,暗場(chǎng)、偏光以及微分干涉在材料分析中具有其獨(dú)特作用的。
首先通過(guò)原理看一下不同功能是如何實(shí)現(xiàn)的。
分光鏡為平面玻璃,光柱垂直照射到樣品的表面,造像清晰平坦,能真實(shí)地顯示各種組織,但缺乏立體感。
入射光經(jīng)反射鏡組件后形成環(huán)形光束,照射到曲面反射鏡上,以極大的傾角反射到試樣表面。試樣表面如果是平面,則會(huì)看到一片黑暗,凹凸不平的組織會(huì)造成光線漫反射,才會(huì)顯示明亮的映像。
在入射光路和觀察鏡筒內(nèi)各加入一個(gè)偏光鏡,當(dāng)兩偏光鏡處于正交位置時(shí),各向同性的金屬呈現(xiàn)消失現(xiàn)象,各向異性的金屬使反射光變成橢圓偏振光,顯示不同的明暗襯度。
在偏光構(gòu)件基礎(chǔ)上增加Normarski棱鏡,利用試樣表面微小高度差,通過(guò)光的干涉作用,提高組織細(xì)節(jié)之間的襯度,使成像具有浮雕感,且對(duì)制樣要求低,某些樣品僅需拋光,無(wú)需腐蝕。
注:圖1至圖4源自蔡司金相顯微鏡展示文件。
在了解了不同觀察模式的原理后,我們可以通過(guò)球墨鑄鐵中球狀石墨在不同視場(chǎng)下產(chǎn)生不同成像現(xiàn)象來(lái)展示不同視場(chǎng)的特點(diǎn)。將球墨鑄鐵樣品進(jìn)行拋光,無(wú)需腐蝕,即可獲得在不同視場(chǎng)下的觀察結(jié)果,如圖5至圖8所示。明場(chǎng)下可見(jiàn)石墨球與基體組織表面平坦,未見(jiàn)明顯劃痕(圖5)。而同一畫(huà)面在暗場(chǎng)下可見(jiàn)細(xì)小劃痕,同時(shí)石墨球內(nèi)部結(jié)構(gòu)清晰。在正交偏光視場(chǎng)下,可以看到石墨球典型的“黑十字”現(xiàn)象(圖7).在偏光的基礎(chǔ)上增加微分干涉可以看到石墨球以及基體中不同取向的晶粒都呈現(xiàn)出了浮雕感
球狀石墨(拋光態(tài))
石墨球內(nèi)部結(jié)構(gòu)清晰
(拋光態(tài))
偏光(正交)典型“黑十字”現(xiàn)象(拋光態(tài))
出現(xiàn)浮雕感(拋光態(tài))
再看一組典型組織在刻蝕態(tài)時(shí)分別呈現(xiàn)哪些不同的形貌特征(微分干涉視場(chǎng)下為拋光態(tài))。圖9至圖12所示照片分別為鐵素體+珠光體組織的同一畫(huà)面在不同視場(chǎng)下的成像結(jié)果。可直觀的看出不同功能視場(chǎng)的成像區(qū)別。
晶粒具有浮雕感(拋光態(tài))
總的來(lái)說(shuō),明場(chǎng)適合應(yīng)用于觀察刻蝕組織,大部分可刻蝕的金相組織均可由明場(chǎng)成像。而暗場(chǎng)可以鑒別極細(xì)的磨痕,同時(shí)也能夠鑒別非金屬夾雜的色彩,例如氧化銅在白光照明明場(chǎng)下觀察呈淡藍(lán)色,而在暗場(chǎng)觀察時(shí)可以看到其真實(shí)的紅寶石色彩。偏光也可以鑒別非金屬夾雜物;此外,對(duì)于一些金屬及合金較難刻蝕出組織或晶粒,如一些變形鋁合金,使用偏光視場(chǎng)時(shí)則不同取向的晶粒清晰可見(jiàn);同時(shí),經(jīng)受大量塑性變形的金屬,也可通過(guò)偏光視場(chǎng)測(cè)定其擇優(yōu)取向?;诳梢?jiàn)不同取向晶粒的這一特點(diǎn)也可以擴(kuò)展一下偏光的應(yīng)用,例如面對(duì)新材料進(jìn)行分析時(shí),在偏光視場(chǎng)下也可簡(jiǎn)單判斷是否有未刻蝕出的相。微分干涉視場(chǎng)在偏光視場(chǎng)的基礎(chǔ)上增加了明顯的浮雕狀,具有更明顯的襯度,有利于自動(dòng)定量工作以及補(bǔ)充更多細(xì)節(jié),其最大的特點(diǎn)是無(wú)需刻蝕;此外,增加λ-片可進(jìn)行彩色金相拍攝,在定量分析中提高準(zhǔn)確率。
總之,金相顯微鏡的不同功能之間是相輔相成的,理解了不同視場(chǎng)形成的原理,可根據(jù)樣品自身的特點(diǎn)以及觀察的目的需求,選擇適合的觀察模式或功能是更好的完成金相分析工作的重要環(huán)節(jié)。