显微知识：金相显微镜解析

金属材料的使用通常遵循着“成分一组织-性能”的相互关系。金相即金相学，就是研究金属或合金内部结构的科学。

金相学是研究各种金属合金微观结构的学科。它可以更精确地定义为观察和判断金属合金中晶粒、成分、夹杂物或相的化学和原子结构以及空间分布的学科。

本期内容将从金相学入手，带领大家解析金相显微镜。

金相分析采用定量金相学原理，由二维金相试样磨面或薄膜的金相显微组织的测量和计算来确定合金组织的三维空间形貌，从而建立合金成分、组织和性能间的定量关系。

了解显微组织与宏观性能之间的关系对材料的开发和制造起着关键作用，这些都是金相学的最终目标。

通过检查并量化材料的微观结构可以更好地了解材料的性能。因此，金相学几乎涉及零部件寿命的所有阶段内均有使用：从初期材料研发到检验、生产、制造工艺甚至所需的缺陷分析。金相学的原则就是要确保产品可靠性。

金相显微镜系统是将传统的光学显微镜与计算机（数码相机）通过光电转换有机的结合在一起，不仅可以在目镜上作显微观察，还能在计算机（数码相机）显示屏幕上观察实时动态图像，电脑型金相显微镜并能将所需要的图片进行编辑、保存和打印。

金相试样是直接在显微镜下进行观察分析、研究，对金相试样的观察面光洁度要求较高，需要达到镜面一样光亮、无划痕。

在金相分析过程中，试样制备是至关重要的一个环节，一般包含取样、粗磨、细磨、抛光和浸蚀五个过程。

选择合适的、具有代表性的试样是进行金相显微分析的极其重要的一个环节，取样的部位和磨面的选择都应该根据分析要求而定。

(1) 修整。形状不规整的试样必须经过粗磨，修整为规则形状的试样。

(2) 磨平。试样的切口往往不够平滑，为了将观察面磨平，同时去掉切割时产生的变形层。

(3) 倒角。在不影响观察目的的前提下，需要将试样上的棱角磨掉，以免划破砂纸和抛光织物(对于需要观察渗碳层、脱碳层等表层组织的试样，不能将边缘磨圆，最好进行镶嵌)。

粗磨后的试样，磨面上难免会有较粗较深的磨痕，为了进一步消除这些磨痕必须进行细磨。细磨主要有手工磨和机械磨两种。

抛光的目的是去除细磨后遗留在磨面上的细磨微痕，得到光滑的镜面。常用的抛光方法有机械抛光、电解抛光和化学抛光三种。

经抛光后的试样若直接在显微镜下观察，只能看到一片亮光，除某些非金属夹杂物(如MnS及石墨等)外，无法辨别出各种组成物及其形态特征，必须使用浸蚀剂对试样表面进行“浸蚀”，才能清楚地看到显微组织的真实情况。

浸蚀的方法有多种，最常用的是化学浸蚀法，利用浸蚀剂对试样的化学溶解和电化学浸蚀作用将组织显露出来。

金相显微镜可用来鉴别和分析各种金属和合金的组织结构，广泛应用在工厂或实验室进行铸件质量的鉴定、原材料的检验或对材料处理后金相组织的研究分析等工作。还可用于半导体检测、电路封装、精密模具、生物材料等检验与测量。

金属合金由于其广泛的性能，在许多技术和应用中发挥着突出的作用。目前有几千种标准化合金可供选择，随着新需求的发展可能需要新的合金，这一数字还在持续增长。

金相学是对合金微观结构的研究，合金微观结构包括：相态、夹杂物和其他成分的微观空间分布。人们使用了各种技术（通常采用显微镜技术）来揭示合金的微观结构。

合金的微观结构对其许多重要的宏观性能有重要影响，如抗拉强度、延伸率和热导率或导电率。对微观组织和合金性能之间关系的透彻理解是金相学领域的根本原因。金相学知识用于冶金（合金设计和开发）和合金生产。