金属晶粒结构的分析表征

金相制备完成后，即可在光学显微镜下对金属晶粒结构进行可视分析。 与传统光学显微镜的极限相对应，放大倍数通常在 25 至 1000 倍。 亚显微层次（小于 1μm）以及低至原子层次的晶格缺陷、结构和元素使用电子显微镜进行评估。 

表 1： 应用对比技术检查金属结构的示例

对比技术

有很多对比技术可用于评估金属的结构特性。 对比技术的选择取决于很多因素，包括要处理的材料和要分析的特性。 有哪些对比技术可以使用，它们应在什么时候使用？

明场

明场是适合各种材料分析的标准技术。 裂纹和孔洞、非金属相和氧化产物首先会在未蚀刻的条件下观察到，因为它们通常表现出不同于基本金属的反射特性。 另一方面，只有进行适当的化学蚀刻后，才能评估裂纹和孔洞的位置与其他结构特性之间的关系。

图 13： 高合金钢的激光焊缝以及电解蚀刻后的裂纹和孔洞。 这些特性在未蚀刻条件下也可见，但只有在蚀刻完成后，才能评估裂纹的晶间过程。ZEISS Axio Imager 成像，明场照明，5x 物镜

暗场

暗场技术主要用于非金属材料的显微镜检查。 但是，它在表征金属时，以及评估金属基体上的漆层或塑料涂层等彩色结构时，具有多种优势。 它还可以用于评估腐蚀产物。 暗场显微镜可以作为一种检查研磨质量的方法，用于显示抛光样品上非常细微的划痕。

图 14： 铜管上的腐蚀区域，未蚀刻。 在暗场照明下，反射区呈深色（金属基体），而腐蚀产物以其自身颜色呈现。ZEISS Axio Imager 成像，暗场照明，20x 物镜

DIC（微分干涉对比）

DIC 是一个有用的工具，可用于分析抛光后表面仍然存在的非常细微的变形。 它还可以用于区分硬的和软的结构元素，因为在最后的抛光过程中，硬相被去除的程度比软相要小，因此会从表面“突出”出来。 这种细微的差异在明场显微镜下通常看不到，但在 DIC 中可以看到。 因此，DIC 可用于定性区分不同相的硬度。

使用 DIC，还可以使晶粒结构（如晶界）在未蚀刻的条件下可见。 这让您可以在蚀刻之前对结构进行评估，从而避免在难以蚀刻的材料（如耐腐蚀金属）上使用化学物质。 但是，这种情况下需要进行精细的最后抛光。

图 15： 经最终抛光的铜合金。 由于其反射，在明场显微镜下，不同的相呈现出不同的颜色。ZEISS Axiolab 成像，明场照明，100x 物镜

图 16： 经最终抛光的铜合金。 由于其烧蚀特性，不同硬度的相有不同的高度，这只有在 DIC 显微镜下才可看。 这可用于对其硬度进行定性区分。 同时，在未蚀刻的条件下，晶粒结构已经可见。ZEISS Axiolab 成像，DIC，100x 物镜

偏振对比

偏振对比主要用于分析钛、锌、镁等六方晶格结构的材料。 铝及其合金如果用四氟硼酸进行电解蚀刻（Barker 蚀刻），也可在偏振光下进行分析。

图 17： 工业纯级钛（一级），经机械抛光，在偏振对比显微镜下观察，未蚀刻。 偏振光由于六方晶格结构而在晶面上被增强或消除，表现为明暗的对比。 图像由于所谓的 λ/4 板而呈现彩色。ZEISS Axio Imager 成像，偏振对比，20x 物镜

图 18： 经四氟硼酸电解蚀刻（Barker 腐蚀）后的铝焊缝，在偏振对比显微镜下观察。 蚀刻会产生一层不同厚度的氧化物，厚度取决于晶体的方向；偏振光会干扰此氧化层，导致消除和增强效应。ZEISS Axio Imager 成像，偏振对比，5x 物镜

荧光

荧光可用于金属和材料的显微镜检查，因为某些材料可以被特定波长的光激发，发出另一波长的可见光。

在镶样过程中，荧光粉（如 EpoDye）与镶嵌树脂（通常是透明的环氧树脂）混合，渗入已有的和开放的孔洞和裂纹。 真空浸渍支持这一过程。 固化和制备后，显微镜蓝色光谱的光激发荧光染料，然后发出黄绿色光谱的光。 充满的孔洞或裂纹被照亮，呈现黄绿色。

图 19： 碳化钨涂层与被涂敷的钢之间的孔洞和裂纹。 由于裂纹中渗透了包含荧光粉的镶样剂，因此在相应的显微镜对比度下，显示为黄绿色。 裂纹在镶样前就已存在。 它可能会在制造过程中产生或在切割过程中出现。ZEISS Axio Imager 成像，荧光对比，5x 物镜

图 20： 碳纤维复合材料的裂纹。ZEISS Axio Imager 成像，荧光对比，20x 物镜