金相组织显示

金相分析技术之第4讲
组织的显示
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4.1.1概述：
光学金相显微镜，是利用磨面的反
射光成像的。要鉴别金相组织，应 该使试样磨面上各相或其边界的反 射光强度或色彩有所区别。
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各组成相的反光能力不同
有些组成相。如灰铸铁中的石墨，铝硅合 金中的硅及钢中的非金属夹杂物等，它们本 身就有独特的反射能力。因此可以利用抛光 磨面直接进行金相研究。
光学法。
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利用的光学附件有 ：
偏振光 ，相衬，微差干涉衬度等，（显
微镜一章在介绍）。
光学法显示组织，不需要侵蚀，所以避
免了由于侵蚀过程中引起的假象，所以 能使用这些方法的应该优先使用这种方 法。
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4.1.3侵蚀法：

这是由于试样各组织组成相之间的物理 、化学性质不同，所以使试样表面产生这种 选择性的侵蚀，使试样表面的微观起伏和其 内部组织相对应，从而显示出组织特征。常 用的侵蚀显示方法有：化学侵蚀 ，电化学 溶解蒸发，离了溅射等。
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总之，自由能的差别，化学成分的差别，相的差别
及变形的差别。都能使侵蚀速度或侵蚀先后有所不 同。
化学腐蚀，虽然没有加电源，但也是电化学腐蚀。
例如，片状珠光体，是由铁素体片和渗碳体片相间 排列的。铁素体的电极电位-0.4~-0.5V。而渗碳体产 电极电位约是+0.37伏。所以在稀硝酸中铁素体应该 是阳极，先被侵蚀，而渗碳体是阴极不被腐蚀。 反应是：Fe→Fe++ +2e 阳极反应 2H+ +2e →H2 ↑ 阴极反应
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化学侵蚀

就是将抛光好的试样磨面侵入化学试 剂中，或用化学试剂擦试样的磨面，使 其显示出显微组织的一种方法。
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化学侵蚀的原理：
化学侵蚀实际上是一个电化学反应过程，金属与合金
中的晶粒与晶粒之间，晶内与晶界以及各相之间的物 理化学性质不同 具有不同的自由能，当受到侵蚀时， 会发生电化学反应，（侵蚀剂也可以称为电解质溶液 ）由于试样中各相在电解溶液中具有不同的电极电位 形成许多微电池 电极电位较底的部分，就是微电池的 阳极，溶解的较快。溶解处呈现凹陷或沟槽，在显微 镜下观察时，光线在晶界被散射，不能全部进入物镜 所以就显示出黑色的晶界在晶粒平面处的光线则以直 接反射进入物镜呈现白亮色从而显示出了晶粒的大小 和形状。如图：这就是纯金属和单相固溶体合金的侵 蚀，由于晶界处原子排列絮乱自由能较高电极电位较 低，所以在侵蚀过程中首先被溶解逐渐呈凹陷。

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化学侵蚀剂

侵蚀剂主要是由电解质，溶剂，络合剂及添加剂 组成。它 们都会影响侵蚀能力和侵蚀效果。侵蚀能力主要决定 溶液中的氧化性离子的本性。而不是浓度。所以调整 侵蚀剂的侵蚀能力的主要手段就是改变氧化性离子的 种类和配比。所以要想清晰地显示合金组织，得到衬 度满意的金相照片。必须根据试样中，待显组织的稳 定性的高低，适当的选择侵蚀剂。如果被显组织的稳 定性高，就应选择侵蚀能力强的侵蚀剂。﹙即电极电 位高的相，应选择侵蚀能力强的锓蚀剂﹚。但也有一 些情况不一样，不能所有的都选择侵蚀能力强的侵蚀 剂。否则一些差异小的细微组织，显示不出来。
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衬度
大多数组成相，对光线都有较强 的反射能力。这就需要利用物理 或化学的方法对抛光磨面进行专 门的处理，以使试样各组织之间 呈现出良好的衬度。 ﹙什么是衬度？就是黑白或各 种颜色能分得清楚﹚这就是金相 组织的显示。
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各组成相及其边界的特性 试样中，各组成相及其边界具有不 同的物理和化学性质。利用这些差异， 使它们转换为磨面反射光强度或色彩 的区别，这就是金相组织显示的原理。
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例如，灰口铸铁和球墨铸铁中的石墨﹙暗的亮 的﹚铸造铝硅合金中的初晶硅和共晶硅，都能 在抛光磨面上直接观察到它们的形貌和分布状 态。金属氧化物，硫化物，氮化物等，也具有 非金属的光学特性，统称非金属夹杂物。它们 不仅反射光强度不同，往往还具有特殊的色彩 ，或有透明和不透明之别。这些都可以作为鉴 别非金属夹杂物的依据 。另外显微裂纹和疏 松等缺陷可直接观察。有一些金属元素吸光的 能力也很强。如铅青铜中的铅，不用显示也可 以清晰地区分
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在两相交界处,更容易被腐蚀成凹陷a)高倍来自18b) 中倍
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c) 低倍
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在高倍下观察，铁素体和渗碳体都是白 色。而相界是黑的可显现出来。 在中倍下观察时，由于分辨能力小于渗 碳体片的厚度。所以两个相界溶合为一，观 察到的黑色片实际是渗碳体。 如果再低的放大倍数的话。分辨能力小 于铁素体的片间距，那么，珠光体就呈现出 黑色的块状。
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侵蚀法显示原理
a) b) a)晶界处光线的散射 b）直射光反映为亮色晶粒
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多项合金的侵蚀：
多项合金的侵蚀，也具有单相合金的特征，另 外组织中的相不同，电极电位的差异也较大， 试样表面与侵蚀剂接触时发生反应也很强烈， 这主要和电极电位差有关，各种元素的电极电 位增加如下： Li，Na，K，Ca，Ba，Be，Mg，Al，Mn，Zn ，Cr，Ti，Co，Ni，Pb，Fe，H，Sn，Sb，Bi ，Cu，Ag，Hg，Au，Pt 从上面的排列看，氢以前的元素都能被酸侵蚀 并放出H2，排在氢以后的元素需要增加氧化剂 才能被侵蚀。﹙置换反应 氧化还原反应﹚
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有些试样。 例如具有光学各向异性的金属锌等，它反射
光的偏振状态，随晶体取向不同而有差异。
有些虽然只是具有微小的高度差但是反色光
的位相具有很大的差别，象这些虽然人眼是 无法直接分辨出这些差别的，但是利用光学 附件，可以将其转化为亮度或色彩的差别， 从而就能显示出组织的细节。
这种利用光学手段显示组织衬度的方法就是
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金相组织的显示方法
可分为
光学法， 侵蚀法， 干涉层法 高温浮凸法等几类。
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4.1.2光学方法：
光学方法是把金相试样在反射光中，把
肉眼无法分辨的光学信息，转换成可见 衬度的方法。如偏振状态或位相差异， 试样不经过其它显示处理，只是利用显 微镜上的特殊附件来实现的。
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如果试样中，所研究的组成相与基体 对入射光的反射能力有显著差异，就可以直 接在明视场下观察抛光磨面。这是最简单的 光学法。由非金属元素组成的相，对光的反 射能力明显低于金属。