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金相顯微鏡的結構、原理及應用解析 日期:2017.05.15

金相顯微鏡主要用於鑒定和分析金屬內部結構組織,它是金屬學研究金相的重要儀器,是工業部門鑒定產品質量的關鍵設備,該儀器配用攝像裝置,可攝取金相圖譜,並對圖譜進行測量分析,對圖象進行編輯、輸出、存儲、管理等功能。

金相顯微鏡是將光學顯微鏡技術、光電轉換技術、計算機圖像處理技術完美地結合在一起而開發研製成的高科技產品,可以在計算機上很方便地觀察金相圖像,從而對金相圖譜進行分析,評級等以及對圖片進行輸出、打印。眾所周知,合金的成分、熱處理工藝、冷熱加工工藝直接影響金屬材料的內部組織、結構的變化,從而使機件的機械性能發生變化。因此用金相顯微鏡來觀察檢驗分析金屬內部的組織結構是工業生產中的一種重要手段。

金相顯微鏡主要由光學係統、照明係統、機械係統、附件裝置(包括攝影或其它如顯微硬度等裝置)組成。

根據金屬樣品表麵上不同組織組成物的光反射特征,用顯微鏡在可見光範圍內對這些組織組成物進行光學研究並定性和定量描述。它可顯示500~0.2m尺度內的金屬組織特征。早在1841年,俄國人(п.п.Ансов)就在放大鏡下研究了大馬士革鋼劍上的花紋。至1863年,英國人(H.C.Sorby)把岩相學的方法,包括試樣的製備、拋光和腐刻等技術移植到鋼鐵研究,發展了金相技術,後來還拍出一批低放大倍數的和其他組織的金相照片。索比和他的同代人德國人(A.Martens)及法國人(F.Osmond)的科學實踐,為現代光學金相顯微術奠定了基礎。至20世紀初,光學金相顯微術日臻完善,並普遍推廣使用於金屬和合金的微觀分析,迄今仍然是金屬學領域中的一項基本技術。

金相顯微鏡是用可見光作為照明源的一種顯微鏡。分立式和臥式,見圖1[光學顯微鏡a立式顯微鏡b臥式顯微鏡]。它們都包括光學放大、照明和機械三個係統。

放大係統是影響顯微鏡用途和質量的關鍵。主要由物鏡和目鏡組成。

顯微鏡的放大率為:

M顯=L/f物×250/f目=M顯×M目式中M顯——表示顯微鏡放大率;M物、M目和f物、f目分別表示物鏡和目鏡的放大率和焦距;L為光學鏡筒長度;250為明視距離。長度單位皆為mm。

分辨率和象差透鏡的分辨率和象差缺陷的校正程度是衡量顯微鏡質量的重要標誌。在金相技術中分辨率指的是物鏡對目的物的最小分辨距離。由於光的衍射現象,物鏡的最小分辨距離是有限的。德國人阿貝(Abb)對最小分辨距離()提出了以下公式

d=λ/2nsinφ式中為光源波長;n為樣品和物鏡間介質的折射係數(空氣;=1;鬆節油:=1.5);φ為物鏡的孔徑角之半。

從上式可知,分辨率隨著和的增加而提高。由於可見光的波長在4000~7000之間。在角接近於90的最有利的情況下,分辨距離也不會比0.2m更高。因此,小於0.2m的顯微組織,必須借助於電子顯微鏡來觀察(見),而尺度介於0.2~500m之間的組織形貌、分布、晶粒度的變化,以及滑移帶的厚度和間隔等,都可以用光學顯微鏡觀察。這對於分析合金性能、了解冶金過程、進行冶金產品質量控製及零部件失效分析等,都有重要作用。

象差的校正程度,也是影響成象質量的重要因素。在低倍情況下,象差主要通過物鏡進行校正,在高倍情況下,則需要目鏡和物鏡配合校正。透鏡的象差主要有七種,其中對單色光的五種是球麵象差、彗星象差、象散性、象場彎曲和畸變。對複色光有縱向色差和橫向色差兩種。早期的顯微鏡主要著眼於色差和部分球麵象差的校正,根據校正的程度而有消色差和複消色差物鏡。近期的金相顯微鏡,對象場彎曲和畸變等象差,也給予了足夠的重視。

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