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在對(duì)金屬材料/零部件進(jìn)行評(píng)估時(shí)，金相組織，表面形貌，粗糙度，斷裂分析以及耐腐蝕等特性的表征都非常重要。而在分析時(shí)，您是否也有這樣的煩惱：

 

待觀察結(jié)構(gòu)很小，光鏡分辨率不夠，還得再換電鏡

 

需要多種不同類型的設(shè)備才能滿足從二維到三維的信息獲取

 

表面三維信息的獲取，區(qū)域小，掃描速度慢，無法快速完成高通量掃描

 

您是否想要擁有一臺(tái)設(shè)備，可以同時(shí)滿足對(duì)金屬表面三維信息分析的多種需求？下面就讓蔡司君從幾種常見金屬材料分析的角度出發(fā)，讓我們一起探索金屬材料領(lǐng)域的分析與表征吧~

 

常規(guī)表面形貌分析

【分辨率？掃描速度？大面積掃描？全都有！】

 

在對(duì)金屬材料/部件進(jìn)行粗糙度分析時(shí)，無論是選擇原子力顯微鏡（AFM），還是使用臺(tái)階儀進(jìn)行表征時(shí)，分辨率、掃描區(qū)域以及掃描速度均無法同時(shí)兼顧。材料激光共聚焦顯微鏡，可以在保證分辨率的同時(shí)完成高通量的掃描。并且如下圖所示，由于是通過正置顯微鏡對(duì)不同表面類型不銹鋼進(jìn)行非接觸式掃描，操作簡便，樣品即放即掃。

 

 

a.光滑不銹鋼表面（粗糙度：5.913 nm）

 

 

b.雪花砂不銹鋼表面（粗糙度：185.2 nm）

 

 

c. 蘋果砂不銹鋼表面（粗糙度：419.9 nm）

 

▲ 不同類型不銹鋼表面粗糙度測試結(jié)果

 

共聚焦高分辨金相分析

【讓微觀更微觀】

 

常規(guī)的金相顯微鏡分析中，多樣的觀察方式可以從不同的角度看到材料的豐富特征，但最高分辨率常見于300nm左右。

 

 

▲ 光鏡高倍下拍攝的珠光體(左)與高溫合金(右)

 

激光共聚焦高分辨掃描，通過0.5~40倍連續(xù)的掃描區(qū)域縮放，搭載蔡司智能針孔和專用物鏡，即放即測，120nm的微觀結(jié)構(gòu)也能被清晰呈現(xiàn)，如下圖所示為共聚焦高分辨掃描下的金相組織，該設(shè)備可以在一定倍數(shù)下代替掃描電鏡的工作，并且無特殊工作環(huán)境和復(fù)雜的制樣要求，讓微觀更微觀。

 

 

▲ 共聚焦高分辨掃描下的珠光體(左) 和高溫合金(右)

 

在獲取了高分辨的圖像后，也可以借助專業(yè)的金相分析模塊，實(shí)現(xiàn)金相量化分析，如晶粒度評(píng)級(jí)，相含量等

 

斷口分析

【不能光看“表面”，“高度”也很重要】

 

傳統(tǒng)的金屬斷面分析，通常使用光鏡來觀察總體的表面斷裂情況，界定斷裂區(qū)域，再使用電鏡來觀察表面微小區(qū)域裂紋，對(duì)斷裂類型進(jìn)行分類。

 

 

▲ 上圖：光鏡下的金屬斷口分析，通過ZEISS Smartzoom 5拍攝（點(diǎn)擊查看）；下圖：電鏡下的金屬斷裂分析，本圖片為金屬的脆性斷裂，通過蔡司鎢燈絲掃描電鏡EVO拍攝（點(diǎn)擊查看）

 

而上海交通大學(xué)智能化焊接與材料精密制造課題組于Applied Surface Science期刊上發(fā)表的文章[1]，在關(guān)于2.25Cr-1.6W鋼蠕變斷裂研究中，通過使用激光共聚焦掃描顯微鏡，可對(duì)裂紋進(jìn)行大范圍的拼圖掃描，結(jié)合重建出來的三維形貌和裂紋高度統(tǒng)計(jì)結(jié)果，更加精準(zhǔn)的定位和區(qū)分裂紋區(qū)域，見下圖。

 

 

▲ 2.25Cr-1.6W鋼蠕變斷裂研究[1]

 

由此可見，共聚焦掃描不僅可以更好的展現(xiàn)金屬表面細(xì)節(jié)，也可以通過展現(xiàn)全貌，告訴你更多關(guān)于金屬的奧秘。

 

金屬腐蝕與磨損

【金屬腐蝕與磨損分析”新姿勢”】

 

如果你還在每天重復(fù)的數(shù)著一塊金屬上面的腐蝕坑數(shù)量，并且苦惱于無法通過測量其尺寸并統(tǒng)計(jì)來評(píng)估金屬的腐蝕或磨損情況，共聚焦顯微掃描顯微鏡不僅可以獲取大范圍內(nèi)的三維形貌，也能自動(dòng)完成相應(yīng)的分析和統(tǒng)計(jì)工作，讓你的金屬腐蝕分析數(shù)據(jù)更快更可靠，滑動(dòng)下圖，即刻帶你解鎖金屬腐蝕分析三步法！

 

 

1.腐蝕鋁片表面共聚焦掃描以及三維形貌的重建

 

 

2.自動(dòng)完成表面腐蝕坑的提取

 

 

3.腐蝕坑尺寸的分析和統(tǒng)計(jì)

 

除了上述操作，也可以直接在三維圖中提取待測位置的剖面線，并計(jì)算磨損痕跡的深度，體積等三維信息，如下圖。

 

 

▲ 金屬磨痕三維尺寸分析結(jié)果

 

參考文獻(xiàn)

 

[1] Wei, Xiao, Mengjia, et al. Fractal and probability analysis of creep crack growth behavior in 2.25Cr-1.6W steel incorporating residual stresses[J]. Applied Surface Science: A Journal Devoted to the Properties of Interfaces in Relation to the Synthesis and Behaviour of Materials, 2015, 359(Dec.30):73-81.