金相顯微鏡是對金屬材料的金相組織進行分析的重要光學(xué)儀器。金相學(xué)主要指借助光學(xué)(金相)顯微鏡和體視顯微鏡等對材料顯微組織、低倍組織和斷口組織等進行分析研究和表征的材料學(xué)科分支，既包含材料顯微組織的成像及其定性、定量表征，亦包含必要的樣品制備、準備和取樣方法。其主要反映和表征構(gòu)成材料的相和組織組成物、晶粒(亦包括可能存在的亞晶)、非金屬夾雜物乃至某些晶體缺陷(例如位錯)的數(shù)量、形貌、大小、分布、取向、空間排布狀態(tài)等。下面淺談金相顯微鏡的使用以及金相試樣的制備。
一、金相顯微鏡的構(gòu)造
光學(xué)金相顯微鏡的構(gòu)造一般包括放大系統(tǒng)、光路系統(tǒng)和機械系統(tǒng)三部分，其中放大系統(tǒng)是顯微鏡的關(guān)鍵部分。目前主要是電腦型金相顯微鏡，是將光學(xué)顯微鏡技術(shù)、光電轉(zhuǎn)換技術(shù)、計算機圖像處理技術(shù)完美地結(jié)合在一起而開發(fā)研制成的高科技產(chǎn)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。
二、使用顯微鏡時應(yīng)注意的事項
1)操作者的手必須洗凈擦干，并保持環(huán)境的清潔、并保持環(huán)境的清潔、干燥；
2)用低壓鎢絲燈泡作光源時，接通電源必須通過變壓器，切不可誤接在220V電源上；
3)更換物鏡、目鏡時要格外小心，嚴防失手落地；
4)調(diào)節(jié)物體和物鏡前透鏡間軸向距離(以下簡稱聚焦)時，必須首先弄清粗調(diào)旋鈕轉(zhuǎn)向與載物臺升降方向的關(guān)系。應(yīng)該先用粗調(diào)旋鈕將物鏡調(diào)至盡量靠近物體，但絕不可接觸。然后仔細觀察視場內(nèi)的亮度并同時用粗調(diào)旋鈕緩慢將物鏡向遠離物體方向調(diào)節(jié)。待視場內(nèi)忽然變得明亮甚至出現(xiàn)映象時，換用微調(diào)旋鈕調(diào)至映象清晰為止。
5)用油系物鏡時，滴油量不宜過多，用完后必須立即用二甲苯洗凈、擦干；
6)待觀察的試樣必須*吹干，用qing氟酸浸蝕過的試樣吹干時間要長些，因qing氟酸對鏡片有嚴重腐蝕作用。
三、金相試樣制備
金相試樣制備過程一般包括：取樣、粗磨、細磨、拋光和浸蝕五個步驟。
1)取樣
從需要檢測的金屬材料和零件上截取試樣稱為“取樣”。取樣的部位和磨面的選擇必須根據(jù)分析要求而定。截取方法有多種，對于軟材料可以用鋸、車、刨等方法;對于硬材料可以用砂輪切片機或線切割機等切割的方法，對于硬而脆的材料可以用錘擊的方法。無論用哪種方法都應(yīng)注意，盡量避免和減輕因塑性變形或受熱引起的組織失真現(xiàn)象。試樣的尺寸并無統(tǒng)一規(guī)定，從便于握持和磨制角度考慮，一般直徑或邊長為15~20mm，高為12~18mm比較適宜。對那些尺寸過小、形狀不規(guī)則和需要保護邊緣的試樣，可以采取鑲嵌或機械夾持的辦法。
金相試樣的鑲嵌，是利用熱塑性塑料(如聚氯乙烯)，熱凝性塑料(如膠木粉)以及冷凝性塑料(如環(huán)氧樹脂+固化劑)作為填料進行的。前兩種屬于熱鑲填料，熱鑲必須在設(shè)備一鑲嵌機上進行。第三種屬于冷鑲填料。
2)粗磨
粗磨的目的主要有以下三點：
?修整有些試樣，例如用錘擊法敲下來的試樣，形狀很不規(guī)則，必須經(jīng)過粗磨，修整為規(guī)則形狀的試樣;
?磨平無論用什么方法取樣，切口往往不十分平滑，為了將觀察面磨平，同時去掉切割時產(chǎn)生的變形層，必須進行粗磨;
?倒角在不影響觀察目的的前提下，需將試樣上的棱角磨掉，以免劃破砂紙和拋光織物。
3)細磨
粗磨后的試樣，磨面上仍有較粗較深的磨痕，為了消除這些磨痕必須進行細磨。細磨，可分為手工磨和機械磨兩種，目前機械磨是主要的磨樣方式。
目前普遍使用的機械磨設(shè)備是預(yù)磨機。電動機帶動鋪著水砂紙的圓盤轉(zhuǎn)動，磨制時，將試樣沿盤的徑向來回移動，用力要均勻，邊磨邊用水沖。水流既起到冷卻試樣的作用，又可以借助離心力將脫落砂粒、磨屑等不斷地沖到轉(zhuǎn)盤邊緣。機械磨的磨削速度比手工磨制快得多，但平整度不夠好，表面變形層也比較嚴重。因此要求較高的或材質(zhì)較軟的試樣應(yīng)該采用手工磨制。
4)拋光
拋光的目的是去除細磨后遺留在磨面上的細微磨痕，得到光亮無痕的鏡面。拋光的方法有機械拋光、電解拋光和化學(xué)拋光三種，其中常用的是機械拋光。機械拋光在拋光機上進行，將拋光織物(粗拋常用帆布，精拋常用毛呢)用水浸濕、鋪平、繃緊并固定在拋光盤上。
啟動開關(guān)使拋光盤逆時針轉(zhuǎn)動，將適量的拋光液(氧化鋁、氧化鉻或氧化鐵拋光粉加水的懸浮液)滴灑在盤上即可進行拋光，拋光時應(yīng)注意：
?試樣沿盤的徑向往返緩慢移動，同時逆拋光盤轉(zhuǎn)向自轉(zhuǎn)，待拋光快結(jié)束時作短時定位輕拋。
?)在拋光過程中，要經(jīng)常滴加適量的拋光液或清水，以保持拋光盤的濕度，如發(fā)現(xiàn)拋光盤過臟或帶有粗大顆粒時，必須將其沖刷干凈后再繼續(xù)使用。
?拋光時間應(yīng)盡量縮短，不可過長，為滿足這一要求可分粗拋和精拋兩步進行。
?、軖佊猩饘?如銅、鋁及其合金等)時，在拋光盤上涂少許肥皂或滴加適量的肥皂水。
5)浸蝕
拋光后的試樣在金相顯微鏡下觀察，只能看到光亮的磨面，如果有劃痕、水跡或材料中的非金屬夾雜物、石墨以及裂紋等也可以看出來，但是要分析金相組織還必須進行浸蝕。
浸蝕的方法有多種，常用的是化學(xué)浸蝕法，利用浸蝕劑對試樣的化學(xué)溶解和電化學(xué)浸蝕作用將組織顯露出來。
純金屬(或單相均勻固溶體)的浸蝕基本上為化學(xué)溶解過程。位于晶界處的原子和晶粒內(nèi)部原子相比，自由能較高，穩(wěn)定性較差，故易受浸蝕形成凹溝。晶粒內(nèi)部被浸蝕程度較輕，大體上仍保持原拋光平面。在明場下觀察，可以看到一個個晶粒被晶界隔開。如浸蝕較深，還可以發(fā)現(xiàn)各個晶粒明暗程度不同的現(xiàn)象。這是因為每個晶粒原子排列的位向不同，浸蝕后，以密排面為主的外露面與原拋光面之間傾斜程度不同的緣故。
經(jīng)檢查后合格的試樣可以放在浸蝕劑中，拋光面朝上，不斷觀察表面顏色的變化。這是浸蝕法。也可以用沾有浸蝕劑的棉花輕輕擦拭拋光面，觀察表面顏色的變化。此為擦蝕法。待試樣表面被浸蝕得略顯灰暗時即刻取出，用流動水沖洗后在浸蝕面上滴些酒精，再用濾紙吸去過多的水和酒精，迅速用吹風(fēng)機吹干，完成整個制備試樣的過程。
