铝合金宏观缺陷的三维成像

铝（Al）铝（Al）的合金，常用于航空航天和汽车工业中常用[1]。它们在成本效益的飞机和车辆制造方面具有显着的优势，同时在运行期间实现更大的燃料经济性。然而，必须考虑在部分/组件或甚至合金生产期间的Al合金中潜在缺陷的发生。这种缺陷可以对部件/组件质量和性能产生显着影响。在过去的十年中，已经开发出用于表征合金缺陷和微观结构的更好的方法[2]。3D表征可以为宏观和微观缺陷形成后面的机制提供重要的见解。关于从3D图像检索的合金缺陷的数据可以有助于防止或消除它们。

利用光学显微镜对不透明铝合金缺陷进行三维图像重建，需要一种逐步去除材料并定期记录样品表面图像的方法。

抛光Al合金是不切实际的，因为金属倾向于涂抹，渲染抛光非常耗时。而不是抛光，更容易铣削Al合金，因为它在更短的时间内产生良好的质量表面。

当制备用于研磨的Al合金样品时，在每个研磨步骤之后，在每个研磨步骤中将样品捕获图像以使图像与外部显微镜（例如更高分辨率的化合物显微镜）而言，它也变得迅速。安装，拆卸和重新安装样本，更不用说找到正确区域所需的任何重新调整，每次获取图像都会使得方法非常低效。

铝合金样品的铣削和原位成像均可采用该方法进行em.TXP目标浮出系统（参见图1）。它用于通过光学显微镜（OM）或扫描在检查之前的样品制剂（扫描电镜或传输（TEM） 电子显微镜。铣削，锯切，磨削和抛光都可以通过这种仪器进行，因此用户可以实现更快的样品制备工作流程。可移动的枢轴臂EM TXP.系统允许观察和成像的最佳角度的顶面和前面(横截面)的样品。对于原位成像，意味着样品在制备过程中不会被移除em.TXP系统配备标准M80立体显微镜。要记录图像，用数码相机等IC90 E互补金属氧化物半导体相机，可以安装。

使用了尺寸为10 × 10 × 10毫米的铝合金样品。在任何准备开始之前，合金样品中可见宏观3D焊接缺陷。

的EM TXP.表面系统用于Al合金样品制剂。除了金刚石研磨和没有抛光的样品制备。在10μm的步骤尺寸下完成Al合金的研磨。在铣掉每次50μm的Al合金（5步）后，记录了45°处的枢轴臂的2D OM图像（参见图2）。所有图像都被带走了M80立体显微镜和IC80高清数码相机。在用醇成像之前清洁Al合金样品并用压缩空气吹干。通过研磨除去的Al合金材料的总厚度为2mm，对应于2D中的总共40张图像。从40个合金表面图像堆叠中的3D图像重建是用的LAS X 3D可视化软件

完成整个工作流程的总时间只有1.5小时。工作流程包括:

• 通过研磨和铣削安装Al合金样品以制备
• 记录样品的40图像，每次铣掉50μm的材料。

使用更常见的合金样品制备方法时，通常工作流程较长长（4-10小时）。

铣削Al合金样品生产的高质量表面，缺陷清晰可见。在2D中的样品的40个立体显微镜图像允许优质的3D图像重建LAS X 3D可视化软件缺损的三维图像具有足够的分辨率，可以进行精确的体积和表面积测量(见图3)。缺损的体积被确定为429000µm^3.（0.429 x 10^-3毫米^3.相当于0.429纳米升)，其表面积为54.5万µm²（0.545毫米²)．如果在更少的铣削步骤后更频繁地记录二维图像，可以获得更高的三维图像分辨率，例如每2个铣削步骤后记录一幅图像，则只需要去除合金20个µm(10个µm中的2个µm)。

本报告描述了一种用铣削和原位光学显微镜在三维(3D)中成像非透明铝(Al)合金宏观缺陷的方法。

由于铝合金对飞机、车辆以及其他产品的制造非常重要，因此对铝合金进行全面的表征有助于减少或消除影响质量和性能的缺陷。

使用以下方法制作不透明铝合金缺陷的3d图像:

• 对具有宏观缺陷的铝合金试样进行小尺度(10µm厚度)铣削;
• 每次取50µm厚度后记录合金表面的二维光学显微镜图像;
• 将总共​​2毫米合金研磨，在2D中产生共40张图像;和
• 利用二维图像叠加重建了合金和缺陷的三维图像。

完成整个工作流程，从初始Al合金样品制备到记录所有40个合金表面图像的记录需要1.5小时，比比更多常见的样品制备方法快3-6倍。确定的缺陷体积为0.429 x 10^-3毫米^3.(0.429 nanooll)，表面积0.545 mm²．

使用Leica Microsystems的以下仪器和软件执行整个工作流程：188金宝搏的网址

• EM TXP.表面制备系统配备：

  • M80立体显微镜和
  • IC80高清数码相机（安装在显微镜中）;和

• LAS X 3D可视化3D图像重建软件。

需要注意的是，如果成像需要更高的数字分辨率，其他徕卡数码相机也可以与M80显微镜一起使用。

三维成像方法采用em.具有集成显微镜的TXP系统允许更快地执行整个工作流程。用户可以使用抛光，切割，锯切，钻孔或铣削进行样品制备，并选择最有效的方法。在每个研磨步骤之后，在每个研磨步骤中消除制备工具和外部显微镜之间的任何样品转移的原位成像。结果，在工作步骤期间不需要重新调整，因为样品保持始终与铣刀和显微镜两者保持一致。

由二维图像叠加重建的合金缺陷三维图像具有足够的分辨率，能够准确地测量缺陷的体积和表面积。

1. J.A.Derose，T. Suter，T. Hack，R. Adey，EDS。“飞机结构的铝合金腐蚀：建模和仿真”（Wit Press，南安普敦，英国，2012）;ISBN：978-1-84564-752-0;http://www.witpress.com/books/978-1-84564-752-0。
2. C. Puncreobutr，P.D.李，R.W. Hamilton，A.B.Phillion，“Al合金凝固结构和缺陷演化的定量3D表征”，矿物质，金属和材料协会（2012年）Vol。64，ISS。1，pp。89-95，DOI：10.1007 / s11837-011-0217-9;https://macsphere.mcmaster.ca/bitstream/11375/21834/1/2012_jom_puncreobutr_etal ..pdf.pdf.