金相学

金相学是利用显微镜研究金属的物理结构和成分的学科。

陶瓷和聚合物材料也可以使用金相技术制备，因此术语陶瓷学、塑性学和材料学统称为材料学。

金相试样的表面是通过各种研磨、抛光和蚀刻方法制备的。 制备后，通常使用光学或电子显微镜对其进行分析。 仅使用金相技术，熟练的技术人员就可以识别合金并预测材料特性。

机械制备是最常见的制备方法。 连续使用更细的磨料颗粒从样品表面去除材料，直到达到所需的表面质量。 许多不同的机器可用于进行这种研磨和抛光，它们能够满足对质量、容量和再现性的不同需求。

系统的制备方法是实现真实结构的最简单方法。 因此，样品制备必须遵循适用于大多数材料的规则。 具有相似特性（硬度和延展性）的不同材料会产生相似的反应，因此在制备过程中需要相同的耗材。

金相试样通常使用热压热固性树脂镶嵌。 过去使用的是酚醛热固性树脂，但现代环氧树脂正变得越来越流行，因为固化过程中减少的收缩导致更好的镶嵌和出色的边缘保持力。 典型的镶嵌循环会将样品和镶嵌介质压缩至 4,000 psi (28 MPa) 并加热至 350 °F (177 °C) 的温度。 当样品对温度非常敏感时，冷镶嵌可以使用两部分环氧树脂制成。 安装样品提供了一种安全、标准化且符合人体工程学的方式，可在研磨和抛光操作期间固定样品。

安装后，将样品湿磨以露出金属表面。 用越来越细的研磨介质依次研磨试样。 碳化硅砂纸是最早的研磨方法，至今仍在使用。 然而，许多金相学家更喜欢使用金刚石砂粒悬浮液，在整个抛光过程中将其添加到可重复使用的织物垫上。 悬浮的金刚石砂粒可能从 9 微米开始，到 1 微米结束。 通常，使用金刚石悬浮液进行抛光比使用碳化硅砂纸（SiC 砂纸）抛光效果更佳，尤其是在暴露孔隙的情况下，碳化硅砂纸有时会弄脏这些孔隙。 研磨试样后，进行抛光。 通常，样品在无绒布上用氧化铝、二氧化硅或金刚石浆料抛光，以产生无划痕的镜面光洁度，没有污迹、拖曳或拉出，并且制备过程中残留的变形最小。

抛光后，可以用显微镜看到某些微观结构成分，例如夹杂物和氮化物。 如果晶体结构是非立方体的，则无需使用交叉偏振光（光学显微镜）进行蚀刻即可显示微观结构。 否则，通过使用合适的化学或电解蚀刻剂可以揭示试样的微观结构成分。

金相分析中使用了许多不同的显微技术。

蚀刻后应用肉眼检查准备好的标本，以检测对蚀刻剂的反应与正常情况不同的任何可见区域，作为应采用显微镜检查的指导。 光学显微镜 (LOM) 检查应始终在任何电子金相 (EM) 技术之前进行，因为这些技术执行起来更耗时，而且仪器也更昂贵。

此外，使用 LOM 可以xxx地观察到某些特征，例如，使用 LOM 可以看到成分的自然颜色，但不能使用 EM 系统。 此外，在相对较低的放大倍数（例如 <500X）下，LOM 的微观结构图像对比度比扫描电子显微镜（SEM）好得多，而透射电子显微镜（TEM）通常不能在放大倍数低于约 2000 至 3000X。 LOM考试速度快，覆盖范围广。 因此，分析可以确定是否需要使用 SEM 或 TEM 的更昂贵、更耗时的检查技术，以及工作应该集中在样本的哪个位置。