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金相显微镜不同视场功能的原理与应用

发布时间:2022-05-12      点击次数:484

金相显微镜不同视场功能的原理与应用


       金相显微镜具有明场、暗场、偏光以及微分干涉等不同的观察模式。在金相组织观察过程中,常规应用最广泛的就是明场,大部分金相检验检测都可以通过明场模式拍摄。然而,暗场、偏光以及微分干涉在材料分析中具有其独特作用的。

首先通过原理看一下不同功能是如何实现的。


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图1 明场原理示意图

分光镜为平面玻璃,光柱垂直照射到样品的表面,造像清晰平坦,能真实地显示各种组织,但缺乏立体感。


图2 暗场原理示意图

入射光经反射镜组件后形成环形光束,照射到曲面反射镜上,以极大的倾角反射到试样表面。试样表面如果是平面,则会看到一片黑暗,凹凸不平的组织会造成光线漫反射,才会显示明亮的映像。


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图3 偏光视场原理示意图

在入射光路和观察镜筒内各加入一个偏光镜,当两偏光镜处于正交位置时,各向同性的金属呈现消失现象,各向异性的金属使反射光变成椭圆偏振光,显示不同的明暗衬度。


图4 微分干涉视场原理示意图

在偏光构件基础上增加Normarski棱镜,利用试样表面微小高度差,通过光的干涉作用,提高组织细节之间的衬度,使成像具有浮雕感,且对制样要求低,某些样品仅需抛光,无需腐蚀。



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注:图1至图4源自蔡司金相显微镜展示文件。


       在了解了不同观察模式的原理后,我们可以通过球墨铸铁中球状石墨在不同视场下产生不同成像现象来展示不同视场的特点。将球墨铸铁样品进行抛光,无需腐蚀,即可获得在不同视场下的观察结果,如图5至图8所示。明场下可见石墨球与基体组织表面平坦,未见明显划痕(图5)。而同一画面在暗场下可见细小划痕,同时石墨球内部结构清晰(图6)。在正交偏光视场下,可以看到石墨球典型的“黑十字"现象(图7).在偏光的基础上增加微分干涉可以看到石墨球以及基体中不同取向的晶粒都呈现出了浮雕感(图8)


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图5 明场

球状石墨(抛光态)

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 图6 暗

石墨球内部结构清晰

(抛光态)

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图7 偏光(正交)

典型“黑十字"现象

(抛光态)

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图8 圆微分干涉

出现浮雕感(抛光态)


再看一组典型组织在刻蚀态时分别呈现哪些不同的形貌特征(微分干涉视场下为抛光态)。图9至图12所示照片分别为铁素体+珠光体组织的同一画面在不同视场下的成像结果。可直观的看出不同功能视场的成像区别。


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图9 明场

铁素体+珠光体,组织清晰

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  图10 暗场

晶界明亮

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图11 正交偏光

F(暗灰色)+P(黄白色)

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图12 微分干涉

晶粒具有浮雕感(抛光态)


 总的来说,明场适合应用于观察刻蚀组织,大部分可刻蚀的金相组织均可由明场成像。而暗场可以鉴别极细的磨痕,同时也能够鉴别非金属夹杂的色彩,例如氧化铜在白光照明明场下观察呈淡蓝色,而在暗场观察时可以看到其真实的红宝石色彩。偏光也可以鉴别非金属夹杂物;此外,对于一些金属及合金较难刻蚀出组织或晶粒,如一些变形铝合金,使用偏光视场时则不同取向的晶粒清晰可见;同时,经受大量塑性变形的金属,也可通过偏光视场测定其择优取向。基于可见不同取向晶粒的这一特点也可以扩展一下偏光的应用,例如面对新材料进行分析时,在偏光视场下也可简单判断是否有未刻蚀出的相。微分干涉视场在偏光视场的基础上增加了明显的浮雕状,具有更明显的衬度,有利于自动定量工作以及补充更多细节,其最大的特点是无需刻蚀;此外,增加λ-片可进行彩色金相拍摄,在定量分析中提高准确率。

 总之,金相显微镜的不同功能之间是相辅相成的,理解了不同视场形成的原理,可根据样品自身的特点以及观察的目的需求,选择适合的观察模式或功能是更好的完成金相分析工作的重要环节。


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倒置式全自动金相显微镜

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正置式全自动金相显微镜




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