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具有颜色和对比度的金相学

微观结构对比的可能性

微观结构形态的检查在材料科学和失效分析中起着决定性的作用。在光学显微镜中可视化材料的真实结构有很多可能性。本文中显示的图像样本演示了所用某些技术的信息潜力。

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A clean section

第一步始终是生产抛光的金相切片。但是,只有在样品表面完全清洁且无变形的情况下,才能成功制备真正的微观结构。切片制成后,通常立即在酸,碱液或盐溶液中进行蚀刻以形成微结构。这会侵蚀晶粒边界或使某些晶粒和相区变粗糙,然后在明场中显得较暗。

结合正确的方法

如果这些技术不足以进行全面检查,如果蚀刻结果不符合规格要求,或者材料抗腐蚀,则可以使用彩色蚀刻或其他光学显微镜技术,例如偏振,暗场和干涉对比。通常,它需要将彩色蚀刻和光学对比相结合才能获得最佳效果。铜合金样品相同细节的照片显示了各种可能的成像技术(图1-6)。

无花果4-6(从左到右):铜合金的fcc晶格在偏振光中和从不同角度拍摄的图像。

图7至12显示了对比不同材料中微结构成分的不同方法。此处使用的彩色蚀刻技术导致在晶粒或混合晶体区域上形成了不同厚度的硫酸盐层。

切片用Klemm(K)或Beraha(B)蚀刻剂蚀刻,这些蚀刻剂是基于亚硫酸钾的浅色蚀刻。组成在"金相,角膜,塑形Ätzen"由GünterPetzow和Veronika Carle撰写,由Borntraeger于2006年出版。在图7和8中,钢中的铁素体是有色的,而碳化铁则保持白色以形成与碳化物沉淀的明显对比。奥氏体钢的焊接层如图9和10所示。这些图像不仅突出了铸造结构,而且突出了偏析和热影响区。图11还显示了由于初期熔化而导致的锡青铜样品中的偏析。图12是一个很好的例子,说明了如何甚至可以将这种蚀刻用于可视化亚晶粒的形成。

无花果7–9(从左到右):对各种晶粒或混合晶体区域以及不同厚度的硫酸盐层进行彩色蚀刻:
图7:铁素体-珍珠岩显微组织,铁素体着色,而Fe3C保持白色Klemm(K)蚀刻
图8:这种对比显示了软退火(K)的质量
图9:通过激光处理,Beraha(B)蚀刻产生的奥氏体铸件的显微组织

无花果10–12(从左到右):对各种晶粒或混合晶体区域以及不同厚度的硫酸盐层进行彩色蚀刻:
图10:各种奥氏体钢丝的激光焊接连接(B)
图11:铜线(K)中的浓度差异
图12:锡棒中的晶粒区域蚀刻和亚晶粒形成

有和没有彩色蚀刻的偏振

色彩对比度和特定的微结构形成通常可以通过在显微镜下对蚀刻后的样品进行光偏振来增强。在图13–18中,此方法用于强调不同的变形机制(主要在半成品或组件的制造中引起),并在材料微结构中确保特定的变形结构。

无花果13–15(从左到右):有和没有彩色蚀刻的偏振:
图13:冷轧铌(B)
图14:冷轧钴(B)
图15:由于动态变形而孪晶的锌(K)

无花果16–18(从左到右):有和没有彩色蚀刻的偏振:
图16:SnPb锡焊料,孪晶表明在焊点(K)处变形
图17:Sn动态变形,变形孪生的明显形成是动态载荷(K)的征兆
图18:由于带fcc晶格(K)的CuZn导线上明显变形而引起的滑带。

在彩色蚀刻无法提供单个微结构组件所需的对比度的情况下,或者在复合材料中只有一个相受到侵蚀的情况下,用偏振光检查样品通常也很有帮助。示例在图19至21中显示。图19显示了由北欧金制成的10美分硬币中的晶粒和孪生结构的更好图像,而在图20中,可以看到碳化钨中的单个晶体及其针状结构。图21显示了黑色碳纤维增强塑料中石墨纤维的数量,大小和形状。如果需要记录复合材料的不同成分,通常必须进行附加的光学对比。图22记录了通过对特殊黄铜的微观结构以及玻璃纤维编织物涂层进行光学成像可以获得的出色结果。在切断的电容器的照片中,可以看到玻璃纤维芯的薄铜套焊接在锡青铜的导体上(图23)。该系列的最后一张照片显示了锡青铜的抗磨烧结层,该层具有石墨成分和陶瓷颗粒(图24)。

这些例子清楚地表明,不同的相的分布和形成对于材料的性质具有很大的意义,即使不是最重要的意义。因此,使用此处介绍的方法进行清晰区分特别重要。

无花果19–21(从左到右):有和没有彩色蚀刻的偏振:
图19:10欧分硬币,由北欧金(K)制成
图20:由针状结构组成的铸造碳化钨W2C的结构,经H蚀刻2O2 和两极分化
图21:结构部件中的碳纤维,由未蚀刻的碳纤维增强塑料制成,极化

无花果22–24(从左到右):带和不带彩色蚀刻的偏振:
图22:带有粘合玻璃纤维编织层(K)的黄铜组件
图23:带有塑料–玻璃纤维芯的电容器,镀铜并焊接在青铜带导体(K)上
图24:包含青铜,石墨和陶瓷颗粒的烧结耐磨保护涂层,通过校准(K)在青铜中清晰可见的变形

与干扰相反

图25至28示出了当通过干涉对比成像时,由于蚀刻而已经形成的微结构揭示了另外的尺寸。这在下面显示的铸造黄铜丝中尤为明显(图27),在此可以更详细地看到铸件的晶体结构以及树枝状凝固。

无花果25–28(从左上方到右下方):使用干涉改善了对比度:
图25:激光熔化过程引起的奥氏体铸件结构的明场图像
图26:同一样品的干涉对比显示出树枝状晶体的清晰对比(B)
图27:明场中黄铜线材的中心
图28:相同样品的干涉对比具有明显更好的晶粒对比以及枝晶的可视化及其凝固方向(K)

图29至31是干涉对比成像潜力的另一个令人印象深刻的例子。图29显示了锡的材料性能,其中突然的应力由于孪晶而导致新的晶粒形成和Umklapp结晶过程。图30清楚地显示了晶粒微观结构中滑移带的取向与晶粒取向的关系。这项技术可用于大多数抗腐蚀硬质合金,以获得具有二次附着力的球状碳化物更好的图像-此处埋藏在两相镍基合金中(图31)。

一种材料中极其不同的物质的组合如图32-34所示。图32显示了银焊料陶瓷/铜连接。图33描绘了粘附在陶瓷基底上的玻璃-塑料层和玻璃纤维编织物涂层的复合物。在图34中可以看到电子组件的横截面,其中玻璃纤维增​​强塑料在铜导体的一侧,而陶瓷结构的另一侧。

无花果29–34(从左上方到右下方):使用干涉对有色蚀刻和无色蚀刻的样品进行对比度增强的示例:
图29:突变重整(K)产生的变形孪生
图30:变形铜青铜样品(K)中的滑移带对比
图31:在干涉对比下获得了镍基体中铸造碳化钨的良好图像
图32:铜/陶瓷化合物中的银焊料(蚀刻抛光+ K)
图33:电路板的横截面图,不同塑料的复合材料已抛光
图34:电子元件,陶瓷,金属和玻璃纤维增​​强塑料的横截面图(B)