金相学是什么?
金相术是研究各种金属合金的微观结构。它可以更精确地定义为观察和确定金属合金中晶粒，成分，夹杂物或相的化学和原子结构和空间分布的科学学科。通过扩展，可以将这些相同的原理应用于任何材料的表征。
采用不同的技术来揭示金属的微观结构特征。大多数的研究是在亮场模式下用入射光显微镜进行的，但其他不太常见的对比技术，如暗场或差干涉对比(迪拜国际资本），使用颜色（色调）蚀刻正在扩展金相应用的光显微镜的范围。
金属材料的许多重要宏观性质对微观结构非常敏感。临界机械性能，如拉伸强度或伸长率以及其他热或电性能，与微观结构直接相关。对微观结构和宏观特性之间的关系的理解在材料的开发和制造中起着关键作用，并且是金相的最终目标。
正如我们今天所知的那样，金相术，欠19份的贡献th世纪科学家亨利克里顿·索尔比。他在谢菲尔德（英国）的现代制造钢铁和钢铁（英国）的开拓性工作突出了微观结构和宏观性质之间的这种融合。当他在他的生命结束时说：“在那些早期的日子里，如果发生了铁路事故，我建议公司应该占用铁轨并用显微镜检查它，我将被视为一个188金宝搏怎么注册适合男人送到庇护。但这就是现在所做的......“
老但至关重要的
金相学与显微技术的新发展以及最近在计算机的帮助下，在过去的几百年里，金相学已经成为科学和工业发展的宝贵工具。
利用光学显微镜在金相学中建立的微观结构和宏观性能之间的一些最早的关联包括:
- 屈服强度和硬度一般随晶粒尺寸的减小而增加
- 各向异性力学性能与伸长的晶粒和/或优选的晶粒取向
- 随着夹杂物含量的增加，塑性总体呈下降趋势
- 夹杂物含量和分布对疲劳裂纹扩展速率(金属)和断裂韧性参数(陶瓷)的直接影响
- 失效起始点与材料不连续或微观结构特征(如第二相颗粒)的关联
通过检查和量化材料的微观结构，可以更好地了解其性能。因此，金相学几乎应用于零件生命周期的所有阶段:从最初的材料开发到检验、生产、制造过程控制，如果需要甚至是失效分析。金相原理有助于确保产品的可靠性。
建立但直观的方法
分析材料的微观结构有助于确定材料是否被正确加工，因此在许多工业中通常是一个关键问题。适当的金相检查的基本步骤包括:取样、标本制备(切片和切割、安装、平面磨削、粗磨和最终抛光、蚀刻)、显微观察、数字成像和文档，以及通过立体学或图像分析方法进行定量数据提取。
金相分析的第一步-取样-对任何后续研究的成功至关重要:被分析的样品必须是被评估材料的代表。第二步，同样重要的，是正确准备金相样品，这里没有唯一的方法来达到预期的结果。
金相学传统意义上被描述为一种科学和艺术,这种说法的原因在于经验和直觉是暴露的真实结构同样重要的材料不会造成重大变化或损坏,为了揭示,使测量感兴趣的特性。
蚀刻可能是最可变的步骤，所以仔细选择最好的蚀刻成分和控制蚀刻剂的温度和蚀刻时间是必须的，以获得自信和可重复的结果。为了找到这一步骤的最优参数，通常需要采用试错实验方法。
超过金属：物质术
金属及其合金在许多形式的技术发展中仍然发挥着突出的作用，因为它们比任何其他材料提供更广泛的性能范围。标准化金属材料的数量已扩大到几千种，并在不断增加以满足新的要求。
然而，随着规范的进化，已添加陶瓷，聚合物或天然材料以覆盖更广泛的应用，并且金相术已经扩展以掺入从电子器件到复合材料的新材料。术语“金相”现在被更一般的“物资”所取代，以处理陶瓷“陶瓷”或聚合物“塑料”。
与金属相比，高性能或工程化陶瓷具有更高的硬度值，即使它们在自然界基本上是脆性的。其他出色的性能具有出色的高温性能和耐侵蚀环境中的耐磨，氧化或腐蚀性的良好抵抗力。然而，这些材料可以提供的完全优势是受到化学成分 - 杂质和微观结构的强烈影响。
与金相制备类似，为进行显微组织研究，必须进行连续的步骤来制备陶瓷样品，但每一步都需要仔细选择参数，而且必须对每一种类型的陶瓷，以及特定的等级进行优化。其固有的脆性使得在从切割到最后抛光的每一个准备步骤中，用金刚石代替传统的磨料是明智的。由于陶瓷的耐化学性，蚀刻是一个挑战。
除了brightfield
光学显微镜已经使用了几十年，提供洞察材料的微观结构。
Brightfield (BF)照明是用于金相分析的最常见的照明技术。在入射BF中，光路来自光源，通过物镜通过物镜，从样本的表面上反射，通过物镜返回，最后到达目镜或相机进行观察。由于将大量入射光的反射到物镜，平面产生明亮的背景，而非平整特征，例如裂缝，孔隙，蚀刻晶界或具有不同反射率的特征，例如沉淀和第二相夹杂物在表面上看起来较暗，因为入射光散射并反射在各种角度或甚至部分地被吸收。
暗田（DF）是一种鲜为人知但强大的照明技术。用于DF照明的光路通过物镜的外空心环，落在高的入射角上，反射从表面上反射，然后通过物镜的内部，最后到达目镜或相机。这种类型的照明导致平坦的表面显得暗，因为在高入射角处反射的绝大大部分光导致物镜的内部。对于具有偶尔非平整特征的平坦表面的样品 - 裂缝，孔，蚀刻晶界等 - DF图像显示了与非平面特征相对应的较亮区域的深色背景，该散射进入物镜进入物镜。
差分干扰对比（迪拜国际资本），也被称为Novarski.对比度，有助于可视化样本表面上的小高度差异，从而增强特征对比度。迪拜国际资本使用沃拉斯顿棱镜，偏光器和分析仪，其传输轴相互垂直(以90°交叉)。通过棱镜分离的两种光波被制成干涉后，反射从样品表面，呈现高度差异可见的颜色和纹理变化。
对于大多数情况，入射光显微镜提供了所需的大部分信息，但对于某些情况，特别是聚合物和复合材料，透射光显微镜(用于透明材料)和染色或染料的使用可以提供微观结构的洞见，这些微观结构在使用标准散装样品制备和正常入射照明时是隐藏的。
由于许多热固性材料对普通金相蚀刻剂是惰性的，样品的微观结构通常用透射偏振光来观察，以增强离散特征的折射率差异。
极化:自然光由具有任何数量振动方向的光波组成。偏振滤波器仅显示光波通过平行于传输方向振动。在90°交叉的两个偏振器产生最大灭绝（变暗）。如果偏振器之间的样品改变了光的振动方向，则出现特征双折射颜色。
生活是多彩的
微观结构的自然颜色在金相学应用中通常用途非常有限，但在利用某些光学方法(如偏振光或偏振光)时，颜色可以揭示有用的信息迪拜国际资本，或样品制备方法，如颜色蚀刻。
偏振光显微镜显微镜非常有用，对于具有非立方晶结构的金属，例如Ti，是，U和Zr。遗憾的是，主要的商业合金（Fe，Cu，Al）对偏振光不敏感，因此颜色或色调蚀刻提供了一种额外的方法，可以揭示和区分微观结构的特征。
颜色（色调）蚀刻剂通常在化学上（浸入溶液中）或电化学（用电极和施加电位浸入溶液中），在样本表面上产生薄膜，该薄膜通常是依赖性的。薄膜与入射光相互作用，并通过干扰产生颜色，可以在正常的明场照明中观察，但是使用偏振光和相位延迟（Lambda [λ]或波形）显着提高。另外，热色调或气相沉积是用于产生干涉膜的替代方法。
在钢合金中，所谓的“第二相”成分可以通过蚀刻进行选择性着色，这提供了一种分别识别和量化它们的方法。用颜色蚀刻法鉴别钢中的铁素体和碳化物是常用的方法。
干扰膜的生长可以是样品表面上的特征晶体取向的函数，例如晶粒。对于用标准试剂（攻击晶界）蚀刻的合金产生不完全网络（边界）并因此防止数字图像重建，由于不同的晶粒取向引起的微观结构的颜色编码允许进行待执行晶粒尺寸的分析。
定量比定性好
定量金相学的起源在于将光学显微镜应用于金属合金微观组织的研究。材料科学家首先要解决的基本问题是:
- 合金中特定特征的尺寸是多少这些特征有多少种?
- 合金中有多少特定的成分?
多年来，使用图表评分和视觉比较是唯一能够用半定量的陈述回答这些问题的办法。如今，现代的电动和计算机化显微镜和图像分析系统为国际或行业标准所涵盖的大多数评估和评估方法的自动化提供了快速和准确的手段。
测量通常是在一系列二维图像上进行的，可以分为两大类:用于量化离散颗粒的尺寸、形状和分布的(特征测量)和与基体微观结构相关的(现场测量)。
第一组的几个例子是钢中夹杂物含量的测定，铸铁中石墨的分类，以及热喷涂涂层或烧结件的孔隙率的评估。
现场测量的常见应用是通过截取或平面测量方法确定平均晶粒尺寸，以及通过相分析估计微观结构成分的体积分数。使用图像分析软件，可以在单个领域中检测多个阶段，量化，并以图形表示。
不仅微型但也很宏
宏观检查技术经常用于常规质量控制以及故障分析或研究研究。这些技术通常是微观观察的前缘，但它们有时单独使用作为接受或排斥的标准。
宏观测试可能是该组中最具信息的工具，并且广泛用于材料加工或形成的许多阶段。借助立体显微镜和各种各样的照明模式，通过揭示材料的微观结构缺乏均匀性，宏观提供了组分的均匀性的整体视图。一些例子是：
- 由凝固或加工产生的宏观结构模式(生长模式、流线、带状等)
- 焊接渗透深度和热影响的区域
- 固化或加工引起的物理不连续(孔隙、开裂)
- 化学和电化学表面改性（脱碳，氧化，腐蚀，污染）
- 由于淬火不规范，钢合金或图案的表面硬化深度(表面硬化)
- 因不正确的磨削或加工而造成的损坏
- 过热或疲劳引起的热效应
总结
由于其丰富的性质，金属合金对许多技术和应用起着突出的作用。随着新的需求可能需要新合金，有几千种标准化合金可用，而且该数量继续增长。
金相术是对合金微观结构的研究：微观的阶段，夹杂物和其他成分的空间分布。各种技术，最常见的是显微镜，用于揭示合金微观结构。
合金的微观结构对它们的许多重要宏观性质具有显着影响，例如拉伸强度，伸长率和热或导电性。彻底了解微观结构和合金特性之间的关系是金相谱图的基本原因。金相学的知识用于冶金（合金设计和开发）和合金生产。
然而，与此同时，更多种类的陶瓷和聚合物也被开发出来，用于许多不同的应用。金相学的基本原理可以应用于任何材料的表征。因此，更普遍的术语“材料学”开始取代金相学。
金相学的解决方案
读者可以通过参考下面的相关产品了解金相术的徕卡解决方案。有关金属合金表征的更多信息，请参阅进一步阅读的文章中。
进一步阅读
- Forcucci，网络研讨会：来自Leica Microsystems的金相解决方案，科学实验室（188金宝搏的网址2019）Leica Microsystems。
- D. Diez, J. DeRose, T. Locherer，报告和网络研讨会:评估钢的质量:评估钢夹杂物的标准分析方法和实用解决方案概述，科学实验室(2019)莱卡微系统。188金宝搏的网址
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- D. Diez，网络研讨会:分析微结构的晶粒尺寸，科学实验室(2017)徕卡微系统。188金宝搏的网址
- U. Christian, N. Jost，金相与颜色和对比:微观结构对比的可能性，科学实验室(2011)徕卡微系统。188金宝搏的网址
- A. Schué，钢铁-必须通过许多测试的全能型，科学实验室(2010)徕卡微系统。188金宝搏的网址
- A.Schué，Steel - 这一切都取决于内部的内容，科学实验室（2009）Leica Microsystems。188金宝搏的网址
