金相顯微鏡是分析金屬材料合金成分的重要光學(xué)設(shè)備。金相主要是指材料顯微組織、低倍組織和斷口組織借助光學(xué)(金相)顯微鏡和體視顯微鏡進(jìn)行分析、研究和表征的材料學(xué)科支系，包括材料顯微組織的顯像及其定性和定量表征，以及必要的樣品制備、準(zhǔn)備和取樣方法。它主要反映和表示組成材料的相和組織成分和晶體(也包括可能的亞晶體)、總數(shù)、形狀、大小、分布、方向、空間排列狀態(tài)等。非金屬夾雜物甚至一些晶體缺陷(如位錯(cuò))。以下是金相顯微鏡的應(yīng)用和金相樣品的制備。

　　01

　　金相顯微鏡的結(jié)構(gòu)

　　光學(xué)金相顯微鏡的結(jié)構(gòu)一般包括三個(gè)部分:放大系統(tǒng)、光路系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)，其中放大系統(tǒng)是顯微鏡的關(guān)鍵部分。目前主要是計(jì)算機(jī)金相顯微鏡，是將光學(xué)顯微鏡技術(shù)、光電轉(zhuǎn)換技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)完美結(jié)合而成的高科技產(chǎn)品。它可以很容易地在計(jì)算機(jī)上觀察金相圖像，然后分析和評(píng)級(jí)金相圖像，輸出和打印圖像。

　　02

　　使用顯微鏡時(shí)應(yīng)該注意什么?

　　操作人員的手必須清洗干凈，并保持環(huán)境清潔，并保持環(huán)境清潔干燥;

　　當(dāng)使用低壓鎢絲燈泡作為燈源時(shí)，插上電源需要通過(guò)變壓器，切不可誤接到220V電源;

　　更換物鏡、目鏡時(shí)要格外小心，嚴(yán)防失手落地;

　　4)調(diào)整物體與物體鏡前鏡片之間的軸向距離(以下簡(jiǎn)稱焦點(diǎn))時(shí)，首先要搞清楚粗調(diào)旋鈕與載物臺(tái)的升降角度之間的關(guān)系。首先，物體鏡子應(yīng)該用粗調(diào)旋鈕調(diào)整到盡可能靠近物體，但永遠(yuǎn)不要碰它們。然后仔細(xì)觀察視場(chǎng)中的亮度，同時(shí)用粗調(diào)旋鈕慢慢調(diào)整物體鏡子遠(yuǎn)離物體的方向。當(dāng)視場(chǎng)突然變亮甚至出現(xiàn)印象時(shí)，用微調(diào)旋鈕調(diào)整到印象最清晰。

　　5)使用油系物鏡時(shí)，漏油量不宜過(guò)多，使用后必須立即用二甲苯清洗、擦干;

　　6)待觀察的樣品必須完全干燥，用氫氟酸浸蝕的樣品干燥時(shí)間要長(zhǎng)一些，因?yàn)闅浞釋?duì)鏡片有嚴(yán)重的腐蝕性。

　　03

　　制備金相樣品

　　制備金相樣品的過(guò)程一般包括五個(gè)步驟：取樣、精磨、精磨、拋光和腐蝕。

　　1)取樣

　　從需要檢測(cè)的金屬材料和零件中截取樣品稱為“采樣”。采樣部位和磨面的選擇必須根據(jù)分析要求確定。截取方法有很多，可以用鋸、車、刨等方法對(duì)軟材料進(jìn)行;對(duì)于硬材料，可以用砂輪切片機(jī)或線切割機(jī)等切割方法，對(duì)于硬脆材料，可以用錘擊方法。無(wú)論使用哪種方法，都要注意避免和緩解塑性變形或加熱引起的組織失真。樣品的尺寸沒(méi)有統(tǒng)一的規(guī)定。從便于抓握和研磨的角度來(lái)看，直徑或邊長(zhǎng)一般為15~20毫米，高度小于12~18。

　　金相樣品的嵌入是利用熱固性塑料(如聚氯乙烯)、熱凝性塑料(如膠木粉)和冷凝塑料(如環(huán)氧樹(shù)脂)固化劑)用作填料。前兩種屬于熱鑲嵌填料，熱鑲嵌必須在專業(yè)設(shè)備一鑲嵌機(jī)中進(jìn)行。三是冷鑲嵌填料。

　　2)精磨

　　精細(xì)研磨的目的主要有以下三點(diǎn)：

　　修整一些樣品，例如用錘擊法敲下的樣品，形狀非常不規(guī)則，需要經(jīng)過(guò)精細(xì)研磨，修整成規(guī)則形狀的樣品;

　　2.無(wú)論用什么方法取樣，切口通常都不是很光滑。為了磨平觀察面，去除切割過(guò)程中產(chǎn)生的變形層，必須進(jìn)行精細(xì)研磨;

　　倒角在不改變觀察目的的情況下，需要將樣品上的棱角磨掉，以防劃傷砂紙和拋光織物。

　　3)精磨

　　精磨樣品的磨削表面仍有較厚較深的劃痕。為了消除這些劃痕，必須進(jìn)行精磨。精磨可分為手工研磨和機(jī)械研磨。目前，機(jī)械研磨是主要的研磨方法。

　　目前廣泛使用的機(jī)械研磨設(shè)備是預(yù)磨機(jī)。電機(jī)推動(dòng)鋪有水砂紙的圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)。研磨時(shí)，樣品沿盤(pán)軸向來(lái)回移動(dòng)，用力均勻，同時(shí)用水沖磨。水流不僅可以冷卻樣品，還可以利用離心力不斷地將脫落的沙粒和磨屑沖到輪盤(pán)的邊緣。機(jī)械研磨的切削速度比手工研磨快得多，但平面度不夠好，表面變形層嚴(yán)重。因此，要求較高或材料較軟的樣品應(yīng)采用手工研磨。

　　4)拋光

　　拋光的目的是去除磨面上留下的細(xì)小劃痕，獲得明亮無(wú)縫的鏡面。拋光方法有三種:研磨拋光、電解拋光和化學(xué)拋光，其中最常用的是研磨拋光。研磨拋光在拋光機(jī)中進(jìn)行，用水浸泡、鋪設(shè)、拉緊和固定拋光盤(pán)上的拋光織物(粗拋普通帆布和精拋普通毛呢)。

　　啟動(dòng)開(kāi)關(guān)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)拋光盤(pán)，在盤(pán)子上噴灑適量拋光液(氧化鋁、氧化鉻或氧化鐵拋光粉加水的懸浮液)進(jìn)行拋光。拋光時(shí)應(yīng)注意:

　　樣品沿盤(pán)軸向來(lái)回緩慢移動(dòng)，同時(shí)逆拋光盤(pán)轉(zhuǎn)為自轉(zhuǎn)，待拋光快結(jié)束時(shí)進(jìn)行短時(shí)定位輕拋。

　　2.在拋光過(guò)程中，為了保持拋光盤(pán)的濕度，應(yīng)經(jīng)常滴入適量的拋光液或清水。如果發(fā)現(xiàn)拋光盤(pán)太臟或含有粗顆粒，在正常使用前必須清洗干凈。

　　拋光時(shí)間要盡量縮短，不能太長(zhǎng)，為了滿足這個(gè)要求，可以分粗拋和精拋兩步進(jìn)行。

　　拋光有色金屬(如銅、鋁及其合金等)時(shí)，最好在拋光盤(pán)上涂少量肥皂或滴注適量肥皂液。

　　5)浸蝕

　　拋光樣品在金相顯微鏡下觀察時(shí)，只能看到光亮的磨面。如果材料中有劃痕、水漬或非金屬夾雜物、石墨和裂紋，可以看到，但合金成分必須浸蝕才能分析。

　　腐蝕的方法有很多種，最常用的是化學(xué)腐蝕法，利用腐蝕劑對(duì)樣品的化學(xué)溶解和電化學(xué)腐蝕作用來(lái)顯示組織。

　　純金屬(或單相勻稱固溶體)的腐蝕基本上是一個(gè)化學(xué)溶解過(guò)程。與晶體內(nèi)部原子相比，晶體邊界處的原子自由能更高，穩(wěn)定性更差，因此容易被腐蝕，產(chǎn)生凹槽。晶體內(nèi)部的腐蝕水平較輕，原有的拋光平面仍然保持在大致。在明場(chǎng)下觀察，可以看到晶體被晶體邊界(黑色網(wǎng)絡(luò))隔開(kāi)。如果腐蝕較深，還可以發(fā)現(xiàn)每個(gè)晶體的明暗情況不同。這是因?yàn)槊總€(gè)晶體原子排列的位置不同。腐蝕后，主要表面最密集的外露面和原拋光面傾斜程度不同。

　　檢查后，合格的樣品可以放入腐蝕劑中，拋光面朝上，觀察表面顏色的變化。這是一種腐蝕方法。拋光面也可以用粘有腐蝕劑的棉花輕輕擦拭，觀察表面顏色的變化。這是一種腐蝕方法。當(dāng)樣品表面稍微暗沉?xí)r，立即取出，用流動(dòng)水清洗，在腐蝕表面滴一些乙醇，然后用濾紙吸收過(guò)多的水和酒精，用吹風(fēng)機(jī)快速干燥，完成樣品制備的整個(gè)過(guò)程。