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

　　02

　　使用顯微鏡時應(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;

　　當使用低壓鎢絲燈泡作為燈源時，插上電源需要通過變壓器，切不可誤接到220V電源;

　　更換物鏡、目鏡時要格外小心，嚴防失手落地;

　　4)調(diào)整物體與物體鏡前鏡片之間的軸向距離(以下簡稱焦點)時，首先要搞清楚粗調(diào)旋鈕與載物臺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，但永遠不要碰它們。然后仔細觀察視場中的亮度，同時用粗調(diào)旋鈕慢慢調(diào)整物體鏡子遠離物體的方向。當視場突然變亮甚至出現(xiàn)印象時，用微調(diào)旋鈕調(diào)整到印象最清晰。

　　5)使用油系物鏡時，漏油量不宜過多，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間要長一些，因為氫氟酸對鏡片有嚴重的腐蝕性。

　　03

　　制備金相樣品

　　制備金相樣品的過程一般包括五個步驟：取樣、精磨、精磨、拋光和腐蝕。

　　1)取樣

　　從需要檢測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、刨等方法對軟材料進行;對于硬材料，可以用砂輪切片機或線切割機等切割方法，對于硬脆材料，可以用錘擊方法。無論使用哪種方法，都要注意避免和緩解塑性變形或加熱引起的組織失真。樣品的尺寸沒有統(tǒng)一的規(guī)定。從便于抓握和研磨的角度來看，直徑或邊長一般為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)備一鑲嵌機中進行。三是冷鑲嵌填料。

　　2)精磨

　　精細研磨的目的主要有以下三點：

　　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)過精細研磨，修整成規(guī)則形狀的樣品;

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

　　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，必須進行精磨。精磨可分為手工研磨和機械研磨。目前，機械研磨是主要的研磨方法。

　　目前廣泛使用的機械研磨設(shè)備是預(yù)磨機。電機推動鋪有水砂紙的圓盤旋轉(zhuǎn)。研磨時，樣品沿盤軸向來回移動，用力均勻，同時用水沖磨。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的邊緣。機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小劃痕，獲得明亮無縫的鏡面。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。研磨拋光在拋光機中進行，用水浸泡、鋪設(shè)、拉緊和固定拋光盤上的拋光織物(粗拋普通帆布和精拋普通毛呢)。

　　啟動開關(guān)逆時針旋轉(zhuǎn)拋光盤，在盤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)進行拋光。拋光時應(yīng)注意:

　　樣品沿盤軸向來回緩慢移動，同時逆拋光盤轉(zhuǎn)為自轉(zhuǎn)，待拋光快結(jié)束時進行短時定位輕拋。

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

　　拋光時間要盡量縮短，不能太長，為了滿足這個要求，可以分粗拋和精拋兩步進行。

　　拋光有色金屬(如銅、鋁及其合金等)時，最好在拋光盤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，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，利用腐蝕劑對樣品的化學(xué)溶解和電化學(xué)腐蝕作用來顯示組織。

　　純金屬(或單相勻稱固溶體)的腐蝕基本上是一個化學(xué)溶解過程。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。在明場下觀察，可以看到晶體被晶體邊界(黑色網(wǎng)絡(luò))隔開。如果腐蝕較深，還可以發(fā)現(xiàn)每個晶體的明暗情況不同。這是因為每個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。當樣品表面稍微暗沉時，立即取出，用流動水清洗，在腐蝕表面滴一些乙醇，然后用濾紙吸收過多的水和酒精，用吹風機快速干燥，完成樣品制備的整個過程。