金相组织检测技术

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1、今日光学---金相技术(一)摘 要:现代金相显微镜已普遍采用无限远光学系统设计，并广泛使用平场消色差物镜、广视场目镜、高倍干物镜；一般均装备有明视场、暗视场、偏振光、DIC等常用的照明方式。显微照相也走进了数字化时代，部分取代了传统的暗室操作。对金相试样制备的要求，传统的观点强调获得无磨痕的光亮表面，而现代观点则强调试样表面变形损伤层的有效去除。多种新型制备表面和多晶金刚石、立方氮化硼、非晶态胶体状二氧化硅等新型磨料的使用，大大减少了试样制备工序的数目，不仅提高了试样制备的质量和效率，而且还能降低试样制备的成本。关键

2、词:光学金相技术；无限远光学系统；数字化图象；损伤层；新型制备表面；微差干涉衬度众所周知，热处理是机械产品生产过程中的重要一环，在热处理过程中，零件的相组成或显微组织会发生一定的变化。因此，零件原材料和热处理后的显微组织检验是质量控制的重要手段。本文简要介绍金相显微镜和金相试样制备技术和设备的最新进展。1　金相显微镜金相显微镜由于易于操作、视场较大、价格相对低廉，直到现在仍然是常规检验和研究工作中最常使用的仪器。近年来金相显微镜的改进主要有以下几点：1.1普遍采用无限远光学系统物镜按照无限远象距进行设计而不是象常规物

3、镜那样按照有限象距进行设计，这种光学系统称为无限远色差和象差校正的光学系统或简称无限远光学系统。使用这种光学系统时，当入射光从试样表面反射再次进入物镜后，并不收敛而是保持为平行光束，直到通过镜筒透镜后才收敛并形成中间象，即一次放大实象，然后才供目镜再次放大。无限远光学系统的优点是显微镜中的各种光学附件（如暗视场光束分离器、偏振光分离器、用于DIC（微差干涉衬度）的Wollaston棱镜、检偏振镜，以及其它附加滤色镜等）都可以放置在物镜凸缘与镜简透镜之间平行光束的空间，由于成象光束没有受到上述光学附件的干扰，物象的质量

4、不会受到损害，从而简化了物镜设计中色差和象差的校正。此外，在无限远光学系统中，镜筒长度系数保持为一，无论物镜与目镜之间的距离有多远，也不需要一个固定的中转透镜系统。目前，德国的CarlZeiss公司和Leica公司、日本的Nikon公司和Olympus公司生产的金相显微镜均已先后采用无限远光学系统设计。1.2同焦面性设计在新型显微镜中，更换物镜及目镜后不须重新调焦，一般只需略微调节微调旋钮，就可以使物象准确聚焦。为此，物镜和目镜的光学机械尺寸应满足同焦面性的要求，即：①所有物镜的共轭距离（即从试样表面到物镜初次放大实

5、象象面之间的距离）相等：②所有物镜初次放大实象到目镜镜筒口的距离不变；③所有目镜的焦面与物镜初次放大实象的象面重合。同焦面性并不是物镜或目镜的一个固有特性，而是在新型显微镜的设计中为了便于使用者的操作而采取的一种措施。1.3对显微镜有效放大倍数的再认识显微镜的有效放大倍数（M）与物镜数值孔径（NA）的关系可以表示为：550NA＜M＜1100NA，长期以来，显微镜使用者一直遵循这一关系式。但是，VanderVoort在其所著《金相学——原理与实践》一书中指出，上式是在用理想的眼睛观察具有理想反差物象的条件下推导出的，因

6、此不要当做教条来遵循。实际上，分辨率不仅与物镜的分辨率有关，而且还与物象的反差有关。此外，照明条件、放大倍数、物镜质量，以及观察条件都会影响物象的反差，因而也会影响分辨率。他指出，为了获得最高分辨率，最低有效放大倍数应当是最佳条件下的4倍左右，即M≈2200NA；同时，使用4000×或更高放大倍数的显微照片也是完全合理的。1.4平场消色差物镜现今新型显微镜已经普遍使用平场消色差物镜，甚至还可以配置更高级的平场复消色差物镜。老式物镜初次放大实象的直径只有18mm～20mm，而平场消色差物镜则规定高度校正的初次放大平面象

7、的直径为28mm，即象场面积增大了一倍，并使象场弯曲得到了很好的校正。1.5高倍干物镜为了便于观察高倍显微组织，现今显微镜一般均备有高倍干物镜。尽管干物镜的分辨率明显低于油浸物镜（100×油浸物镜的NA值一般可达1.40），但由于简化了操作并使试样免于被油污染，现今已获得更为广泛的使用。近年来，德国公司生产的系列显微镜甚至还配置有更高倍数（250×）的干物镜，尽管其NA值只有0.90，但是用它来进行观察或拍照，已经很容易使其放大倍数远超过传统上使用的数值（1100NA），这进一步证实了以上第1.3小节介绍的观点是正确

8、的。1.6广视场目镜广视场目镜的结构特点是场光阑显著增大，一般为22mm～26.5mm（老式目镜的场光阑直径只有16mm），充分利用了平场物镜扩大了的象场面积。此外，有的显微镜还配置有高眼点目镜，使眼睛有缺陷（如散光）的人可以戴着眼镜进行观察，物象的质量可以免受眼睛缺陷的影响。由于平场消色差物镜和广视场目镜的推广使用，使显微组织观察的视域扩大了