金相顯微技術(shù)

1、實用標準文案實驗金相顯微技術(shù)一、實驗目的1 了解金相顯微鏡的結(jié)構(gòu)、原理，學會使用金相顯微鏡；2 學會金相試樣的制備和組織侵蝕顯現(xiàn)，以及金屬材料的顯微分析法。二、實驗原理對金屬材料工作者和冶金學家，初期訓練通常是識別金相組織，進而研究金屬合金的金相組織對其物理及機械性能的影響。識別金相組織最容易的方法是通過金相顯微鏡觀察金屬形貌，進行顯微分析。識別組織特征：如晶粒大小，第二相及非金屬夾雜物的大小， 形狀和分布， 以及偏析和其他不均勻的情況。通過判斷金相特征來解釋金屬及合金組織。而這些都會影響到金屬及合金的性能，當用顯微分析知道金相組織特點后，就能預言在使用中的性能。1. 金相顯微鏡的結(jié)構(gòu)本實驗要

2、學會使用金相顯微鏡， 這里就現(xiàn)代金相顯微鏡結(jié)構(gòu)中主要部件作一下介紹。任何一種金相顯微鏡均主要由光學系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、機械系統(tǒng)、附件裝置 (包括攝影或其它如顯微硬度等裝置)組成。目前我們使用的顯微鏡為奧林巴斯PME3 倒置式金相顯微鏡。1. 光學系統(tǒng)物鏡和目鏡是光學系統(tǒng)中重要的部件。精彩文檔實用標準文案(1) 物鏡物鏡的放大倍數(shù)是指物鏡在線長度上放大實物倍數(shù)的能力指標。有兩種表示方法：其一直接在物鏡上刻出如5、 10、 20等字樣；其二是在物鏡上刻度出該物鏡的焦距f ，焦距越短，表示放大倍數(shù)越大。后者物鏡的放大倍數(shù)表示為：M 物L， L 指鏡筒長度， (光學鏡筒長度等f 物于物鏡的焦距與放大實像之

3、間的距離)設(shè)計很準確，一般為一定值。顯微鏡的鑒別能力主要取決于物鏡。物鏡的鑒別能力可分為平面和垂直兩種。平面鑒別能力指物鏡對顯微組織所能獲得清晰可分映像的能力。分辨率一般用能分辨兩點間最短距離d 的倒數(shù) 1/d 表示。從實際角度出發(fā)，我們就常直接用 d 來衡量顯微鏡的鑒別能力。垂直鑒別又稱為 景深，是物鏡對高低不同的物體清晰透像的能力。垂直鑒別能力用 h 表示，指對高低不平的物體能清晰成像的最短距離。物鏡是顯微鏡中主要而且最貴重的零件。物鏡有兩種：即干燥的與油浸的。物鏡與被研究物體的介質(zhì)是空氣， 則物鏡就稱為干燥的。 如果物鏡與被研究物體間有液體 (如一滴香柏油 )，這種物鏡就叫做油浸的。油浸

4、物鏡與干燥物鏡相比有很多優(yōu)點，目前干燥物鏡的放大率雖已達1500倍，但在放大率高的情況下 (超過 1000倍)仍使用油浸物鏡，因為顯微鏡的鑒別率的數(shù)學公式：dA式中 d 為二點間的距離，在顯微鏡中此二點的像是能區(qū)別的；為波長； A為孔徑。由公式 (4-1) 可以看出，物鏡數(shù)值孔徑及波長對鑒別率是有影響的。精彩文檔實用標準文案孔徑角頂點位于物鏡的焦點上，而其二邊則連到物鏡的邊緣。數(shù)值孔徑A可用下面的數(shù)學公式求得An sin式中為物鏡孔徑角的一半， n 為物鏡和物體間介質(zhì)的折射率。孔徑角不能超過144 o，空氣的折射率n=1因而實際上最大的數(shù)值孔徑對干燥物鏡而言A=1sin72 o0.95 。如果

5、物鏡和物體之間，用一滴折射率n 1.51 的香柏油，則該油浸物鏡的最大數(shù)值孔徑A=1.510.95=1.43 。通常顯微鏡的放大率的下限等于孔徑乘以500 ，上限等于孔徑乘以1000 ，從上述可知，干燥物鏡的最大數(shù)值孔徑等于0.95 ，則其放大率的上限等于950 ，故其最大放大率將是 1430 倍，而油浸物鏡的最大數(shù)值孔等于1.43 倍，這也即是為什么在放大率超過 1000 倍時用油浸物鏡的原因。(2) 目鏡經(jīng)過物鏡放大的像往往尺度還小，還不能為人眼所分辨。 目鏡能起到再放大的作用，使在顯微觀察時， 在明視距離處能看到一個清晰放大的虛像；而在顯微攝影時，通過投射目鏡在承影屏上得到一個放大的倒立

6、的實像。2. 照明系統(tǒng)照明系統(tǒng)一般包括光源、照明器、光闌尾炎、濾色片等。(1) 光源：光源應(yīng)具有足夠的發(fā)光強度且要求發(fā)光均勻，發(fā)熱程度要低并容易對亮度、位置進行調(diào)節(jié)。光源一般有低壓鎢絲燈、氙等、超高壓汞燈和碳弧燈幾種。本儀器中采用鹵素燈， 它的原理是：碘分子在高溫燈絲附近分解為碘原子，碘原子與燈泡壁上的鎢在250 1200 的范圍內(nèi)可化合生成易揮發(fā)的碘化鎢，碘化鎢一擴散到高溫的鎢絲上又會發(fā)生分解，沉淀到燈絲上。 這種循環(huán)可以避免精彩文檔實用標準文案燈泡發(fā)黑，延長燈泡的使用壽命。鹵素燈(鹵鎢燈 )的燈泡必須用耐高溫的石英玻璃制造。(2) 照明器：金相顯微鏡采用反射光照明，照明方式有明場和暗場照明

7、。明場照明 是金相顯微鏡主要的照明方式。 在明場照明中光源光線通過垂直照明器 (圖 1) 轉(zhuǎn) 90 度角進入物鏡，垂直地 (或接近垂直地 )射向樣品表面。由樣品反射回來的光線再經(jīng)過物鏡到目鏡。如果試樣是一個拋光的鏡面， 反射光幾乎全部進入物鏡成象， 在目鏡中可看到明亮的一片。如果試樣拋光后再經(jīng)過腐蝕，試樣表面高低不平， 則反射光將發(fā)生漫射， 很少進入物鏡成象， 在目鏡中看到的是暗黑色的象。如用平面玻璃做的垂直照明器，如圖 1 所示。平面玻璃表面與光源光線成 45 度角，將光線反射進入物鏡；由于投射在樣品上的光線是垂直入射，因而成象平坦、清晰。此外，平面玻璃反射可使光線充滿物鏡的后透鏡，有利于充

8、分發(fā)揮物鏡的鑒別能力，適用于中倍和高倍觀察。圖 1 明場照明的光路圖圖 2 暗場照明的光路圖精彩文檔實用標準文案在鑒別非金屬夾雜物等特殊用途中，往往要采用 暗場照明 。暗場照明與明場照明不同如圖2 所示 ) ，其光源光線經(jīng)聚光透鏡后形成一束平行光線，通過暗場環(huán)形光欄時， 平行光線的中心部分被擋住，形成一束管狀光束； 然后經(jīng)過平面玻璃反射，再經(jīng)過暗場曲面反射鏡的反射，管狀光束以很大的傾角投射在樣品上。這里要注意， 管狀光束是從物鏡四周通過的，物鏡未通過光線未起聚光作用。如果樣品表面平滑均勻， 則投射光線以很大的傾角反射出去，光線不進入物鏡， 在目鏡中看到的是一片暗黑色。 如果樣品表面存在高低不平

9、之處，則反射光線就有部分進入物鏡面形成明亮的像。這與明場照明下觀察的結(jié)果正好相反。(3) 光闌：光闌分為孔徑光闌和視場光闌?？讖焦怅@的調(diào)節(jié)可以改變成像光束的大小和控制進入光學系統(tǒng)的光通量。視場光闌的大小對顯微鏡的分辨率沒有影響，適當縮小可減小鏡筒內(nèi)的雜散光，增加圖像襯度。(4) 濾色片：濾色片的作用是吸收光源發(fā)出的白色光中的波長不合需要的光線，只讓一定波長的光線通過。 顯微鏡使用濾色片的目的是： 增加黑白金相照片精彩文檔實用標準文案上組織的襯度； 有助于經(jīng)彩色著色后的顯微組織細節(jié)；利用黃、綠濾色片與消色差物鏡配合使用，可消除殘余色差；在長時間顯微觀察時，使用黃濾色片，可保護觀察者眼睛，并有利于

10、提高視敏度。2 顯微鏡的光學原理由于人眼的鑒別能力極其有限，最低在0.15 0.30mm之間。鑒別客觀物體的細微組織必須借助于顯微鏡。顯微鏡對物體放大成清晰的像便于觀察。顯微鏡的光學放大系統(tǒng)分兩級組成。如圖3 所示。第一級是物鏡，物體AB 通過物鏡得到放大的倒立的實像A 1B1 。A 1 B1 細節(jié)雖已被區(qū)分，但其尺度仍很小，還不足以使用人眼分辨，因此還需二級放大。第二級通過目鏡來完成。 當經(jīng)第一級放大成的倒立實像處于目鏡的主焦點內(nèi)時，人眼可以通過目鏡分辨第二次放大的正立虛像。(1) 物鏡的成像根據(jù)幾何光學理論，當觀察物處于透鏡的一倍焦距與二倍焦距之間(設(shè)物距為 u ，焦距為 f ，即 fu2

11、f) 物體的反射光通過物鏡經(jīng)折射后在透鏡的另一側(cè)可以得到放大的倒立實像。 為充分發(fā)揮透鏡的放大能力， 一般設(shè)計讓被觀察的物體處于接近焦點處，物鏡的放大倍數(shù)為：M 物物鏡A1B1LABf 物B1物體 FF1精彩文檔B物距焦距A 1實用標準文案(2) 目鏡成像根據(jù)幾何光學成像規(guī)律， 當被觀察物體處于透鏡的一倍焦距以內(nèi)時，人眼通過透鏡觀察，將在250mm遠處看到一個放大了的正立虛像。(250mm被稱為明視距離 )因此，目鏡的放大倍數(shù)為：M 目B 3250f目B 1FB 2A1 A 2fA3精彩文檔S圖4 目鏡放大成像原實用標準文案(3) 顯微鏡的成像被觀察物的細節(jié)經(jīng)物鏡放大后的實像落到目鏡主焦點以內(nèi)

12、后，人眼可通過目鏡觀察到經(jīng)兩次放大后組合物像。如圖5 所示。故顯微鏡的總放大倍數(shù)為：M 總M 物L250M 目f目f物人眼物鏡B1A1250mmF2F1目鏡ABB3A3圖 5 顯微鏡的成像原理精彩文檔實用標準文案三、樣品制備金相樣品需對金屬及合金進行取樣、磨光、拋光、化學侵蝕等一系列的操作工序才能制成的。制備符合質(zhì)量要求的金相樣品是正確觀察金屬及合金組織及截面的先決條件。以下對金相樣品的制備工序及準備原理作較詳細的介紹。1. 取樣金相顯微試樣的選取應(yīng)根據(jù)研究的目的，取其具有代表性的部位。 取樣過程與選擇取樣部位，確定檢驗面及截取方法、試樣尺寸等有關(guān)。2. 磨光磨光可分為粗磨和細磨。粗磨的目的是

13、為了整平試樣，并磨成適合的外形。細磨的目的是消除粗磨時留下的較深磨痕。細磨通常是在砂紙上進行。 砂紙分為兩種：一種水磨砂紙， 另一種是干磨砂紙。 金相水磨砂紙和干磨砂紙的磨料材質(zhì)是黑色碳化矽或綠色碳化矽。根據(jù)砂紙粒度可分許多號砂紙如120 # ，一直到4000 # 。隨砂紙?zhí)枖?shù)增加，砂紙粒度減小，砂紙變細。干磨砂紙為2 # 、1 # 、 0# 、精彩文檔實用標準文案0l # 、02 # 等。金屬磨制用到1000 # 砂紙就可以了。采用的砂紙，可以完全都用水磨砂紙，將砂紙鋪在預磨機的圓盤上進行，并逐次減少砂紙粒度； 也可以完全都用干磨砂紙。將干磨砂紙放在玻璃板逐次進行，也可以先用水磨砂紙再用干磨

14、砂紙。在磨制時，無論用什么樣砂紙，都必須遵守下列規(guī)則：第一，試樣不應(yīng)當緊壓，水磨時由于力量不均劃破砂紙，試樣飛出；而干磨時，以免引起表面發(fā)熱。第二，在一定號數(shù)砂紙磨制時，試樣位置不應(yīng)變動，換用下一號砂紙時，將試樣轉(zhuǎn) 90 o，使新的軟細磨痕垂直于前一號砂紙上得到的磨痕。 只有當前一號砂紙所留下磨痕完全磨掉時， 才能換用下一號砂紙。 最后的這一條件應(yīng)當特別嚴格地遵守，否則試樣表面上被較粗的砂紙所刻劃下的磨痕是不能完全去掉的， 這樣磨痕制和拋光工序進行矯正，必須從第一道工序重新開始磨制。3. 拋光拋光的目的是除去由磨光所留下的細微磨痕，成為光滑無痕的鏡面。 拋光有機械拋光、電解拋光、化學拋光三種。

15、經(jīng)過磨制好的試樣要進行拋光。拋光的目的在于去除試樣表面剩余的劃痕，使最后呈現(xiàn)如鏡面的光滑平面。所需設(shè)備是拋光機。拋光機轉(zhuǎn)盤是20-25cm ，由電動機直接帶動 .拋光分為粗拋和細拋，一般粗拋用帆布，細拋用細尼(或金絲絨 )，這此拋光布緊箍在拋光機的圓盤上，拋光機轉(zhuǎn)速為700-1000轉(zhuǎn)/ 分。用水或懸浮在水中研磨粉 (膏)來潤濕。研磨粉的作用是在細尼或凡布的絨毛固定中起磨削試樣作用。目前用研磨粉(膏)是 0.5-7微米的金剛砂磨粉 (膏)它磨鋒利、速度快、擾亂層淺，能保留夾雜物。但價格較高。細粒度的氧化鎂研磨粉特別適用于鋁、銅、鈍鐵等軟性材料進行最后細拋。精彩文檔實用標準文案拋光時應(yīng)注意的是：用力輕勻，干濕適當、不時移動、保持清潔。拋光時間大約 5-10 分鐘為好。在最終拋光后，試樣上應(yīng)當具有像鏡子那樣光滑的表面，在任何放大倍數(shù)下觀察時看不到磨痕。制好試樣要很好地用水流沖洗，用吹風機吹干。試樣制備是一種通用的技術(shù)手段，看來較簡單，但必嚴格地按著一定操作過程制備，這就要求認真地實際操作才能掌握。顯微鏡是精密的儀器， 需要極小心謹慎地