微差干涉襯度技術(shù)應(yīng)用范文

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《兵器材料科學(xué)與工程雜志》2016年第二期

摘要

采用微差干涉襯度法研究復(fù)合材料、鎢合金的顯微組織。結(jié)果表明：此法得到的彩色金相照片，不需要像彩色金相那樣進(jìn)行復(fù)雜的著色，只需金相顯微鏡上的DIC裝置簡單配合，就可得到色彩艷麗、給人以美感的彩色金相照片。

關(guān)鍵詞

微差干涉襯度；復(fù)合材料；鎢合金

隨著材料科學(xué)的高速發(fā)展，許多新材料、新工藝應(yīng)運而生，伴隨而來各種復(fù)雜的顯微組織單純靠光學(xué)金相已遠(yuǎn)不能滿足要求，因此新方法的研究迫在眉睫。微差干涉襯度法就是近年來發(fā)展起來的、能夠顯著提高復(fù)雜顯微組織鑒別力的一個行之有效的方法。微差干涉襯度法對于金屬材料顯微組織的顯示，具有十分重要的實用價值，可提供更加豐富的顯微組織及有意義的信息，能夠觀察到一般常規(guī)方法無法分辨的組織和無法看到的組織細(xì)節(jié)，使金屬材料顯微組織得以在不同色彩下更清晰的顯示。微差干涉襯度新技術(shù)最大的優(yōu)越性在于：不需像彩色金相那樣進(jìn)行復(fù)雜的著色，就可獲得色彩艷麗、給人以美感的彩色金相照片；同時又能改善常規(guī)黑白金相中，僅用灰度差來區(qū)分組織鑒別能力低這一不足。微差干涉襯度新技術(shù)能提高鑒別力，擴(kuò)大分析領(lǐng)域，使傳統(tǒng)光學(xué)金相技術(shù)得到新發(fā)展，具有廣闊的應(yīng)用前景。此法省時、省力、簡單、易于掌握，值得推廣應(yīng)用。

1試驗

1.1裝置微差干涉襯度是運用光的干涉效應(yīng)，在顯微鏡上配備一些專用的光學(xué)系統(tǒng)，如偏振光、干涉襯度（DIC）附件等，用以形成色彩，即為干涉襯度法。主要利用光學(xué)金相顯微鏡上的一些附件來實現(xiàn)，如NPL平場物鏡，每個物鏡均有渥拉斯頓棱鏡的中間環(huán)，這組物鏡和裝有起偏鏡、波片、檢偏鏡的垂直照明器配合使用，就形成DIC裝置，正確利用這些附件可以顯示出色彩各異的金相組織。

1.2原理試樣表面由于各相的硬度不同，在拋光時形成微小的高度差，借助DIC裝置可將微小的高度差轉(zhuǎn)變成光程差加入波片而成為彩色襯度差，尤其在高度差很小時，一般方法很難顯示，而這套裝置可做到。裝置中的幾個光學(xué)零件，除渥拉斯頓棱鏡外，其他都是偏振光干涉中的裝置。起偏鏡將一束細(xì)小的自然光變?yōu)橹本€偏振光，然后渥拉斯頓棱鏡將偏振光再分為振動面相互垂直而分開很小角度的o光和e光，檢偏鏡再使這兩束光中振動方向平行于檢偏鏡偏振面的分量通過，得到在同一振動面上但分開角度很小的兩束相干光波，當(dāng)這兩束光投到高低不平的試樣表面反射回來并匯聚到一點時，由于產(chǎn)生光程差而發(fā)生干涉，產(chǎn)生不同的色彩。波片的作用是提高干涉色的序級，增加色彩的飽和度。o光、e光示意圖，見圖1［1］。

1.3方法旋轉(zhuǎn)起偏鏡的角度使自然光透過棱鏡形成偏振光（e光），當(dāng)e光照射到試樣表面時，由于試樣表面相與相之間微小的高度差，反射到檢偏鏡后形成光程差，即產(chǎn)生光的干涉效應(yīng)，形成色彩。

1.4制備微差干涉襯度法對試樣要求較高，不允許有任何麻點和細(xì)小劃痕，否則在干涉光下試樣缺陷將暴露無疑，影響試驗結(jié)果。同時，拋光時應(yīng)注意不要產(chǎn)生“曳尾”、相變形等現(xiàn)象，相的輪廓應(yīng)清晰、完整，本方法要求實驗人員應(yīng)具備較高的金相制樣技術(shù)水平。

1.5浸蝕復(fù)合材料試樣浸蝕劑為氫氟酸0.5mL+鹽酸1.5mL+硝酸2.5mL+蒸餾水99.5mL。鎢合金試樣浸蝕劑為15%鐵氰化鉀水溶液+15%氫氧化鉀水溶液，等分量混合。

2材料及其顯微組織

復(fù)合材料是由基體和增強(qiáng)材料兩部分復(fù)合而成的一種新型材料，具備單一材料難以具有的性能，以其優(yōu)異的綜合性能、可設(shè)計性和各向異性等特點，被廣泛用于信息技術(shù)、能源技術(shù)、航空航天技術(shù)、汽車制造和海洋開發(fā)等領(lǐng)域，成為高技術(shù)發(fā)展中不可缺少的一種重要材料。金屬基復(fù)合材料的誕生為材料研究領(lǐng)域開拓了一個新的發(fā)展方向，具有廣闊的應(yīng)用前景［2］。復(fù)合材料顯微組織變化多樣、形態(tài)各異，SiC、Al2O3、石墨等相與基體之間襯度不大，特別是纖維束與鋁基體反應(yīng)的界面不易看清，界面的位置與厚薄不能清楚地顯示出來，采用微差干涉襯度法，這些問題都會迎刃而解。根據(jù)增強(qiáng)劑成分、纖維束大小、形態(tài)、分布及干涉光下的色彩，顯微組織分為5種。

2.1鋁合金復(fù)合材料

2.1.1SiC、Al2O3與鋁合金復(fù)合SiC、Al2O3與鋁合金復(fù)合的顯微組織，見圖2。褐色為SiC顆粒，任意分布；深褐色大小不同的圓形、橢圓形是Al2O3的橫截面；長短不等的條狀為Al2O3縱向組織形貌，顏色為淺褐色；α（Al）基體為天藍(lán)色，其上分布有細(xì)小的第二相合金組織，與SiC、Al2O3形成明顯的反差，極易鑒別。照片色彩不同，是偏振光角度不同所致。

2.1.2碳纖維與鋁合金復(fù)合碳纖維與鋁合金復(fù)合的顯微組織，如圖3所示。紫色、褐色圓形為碳纖維橫截面組織形貌，淺綠色長條狀為碳纖維縱剖面，α（Al）基體為天藍(lán)色或淺粉色，極易區(qū)分、鑒別。照片色彩不同，是偏振光角度不同所致。

2.2鎢合金顯微組織鎢合金是以鎢為基加入少量鎳、銅、鐵、鈷、鉬、鉻等金屬黏結(jié)劑組成的一種合金材料，稱為高密度鎢合金或重合金。鎢合金的密度可高達(dá)16.5~19.0g/cm3，具有熔點高、密度大、高溫強(qiáng)度優(yōu)異、導(dǎo)熱性好、熱膨脹系數(shù)小、吸收射線能力強(qiáng)及耐腐蝕等優(yōu)點。目前，采用形變強(qiáng)化可改變合金的組織結(jié)構(gòu)，使鎢晶粒發(fā)生變形，從而大幅提高鎢合金的抗拉強(qiáng)度〔3〕。鎢合金經(jīng)擠壓變形后顯微組織為變形鎢合金+黏結(jié)相，這種組織表面看起來似乎簡單，其內(nèi)部實質(zhì)變化多樣、形態(tài)各異。當(dāng)鎢合金變形量較小時，只是局部區(qū)域有一種變形趨勢，變形前與變形后的鎢顆粒看上去基本一樣，常規(guī)黑白金相幾乎難以區(qū)分。當(dāng)鎢合金變形量增大時，鎢顆粒內(nèi)部微觀形貌的變化，常規(guī)黑白金相也很難看出其中的差別，而微差干涉襯度法就很容易把這些細(xì)微的變化表現(xiàn)出來。

2.2.1不同變形量下的鎢合金顯微組織圖4a為變形量15%時的顯微組織，鎢顆粒為黃色，黏結(jié)相為藍(lán)色，非常醒目，極易區(qū)分；圖4b為變形量20%時的顯微組織，鎢顆粒由于位相不同，形成灰色、黃色兩種顏色，與黏結(jié)相藍(lán)色極易區(qū)分；圖4c為變形量25%時的顯微組織，鎢顆粒由于位相不同，形成褐色、黃色兩種顏色，與黏結(jié)相藍(lán)色極易區(qū)分；圖4d為變形量40%時的顯微組織，鎢顆粒由于位相不同，形成褐色、黃色兩種顏色，與黏結(jié)相淺黃色極易區(qū)分；圖4e為變形量60%時的顯微組織，黃色鎢顆粒與藍(lán)色黏結(jié)相，非常醒目，極易區(qū)分。

2.2.2變形后鎢顆粒內(nèi)部顯微組織鎢合金變形后鎢顆粒內(nèi)部顯微組織清晰可見，見圖5。

3結(jié)論

1）采用微差干涉襯度法得到的彩色金相照片，不需要像彩色金相那樣進(jìn)行復(fù)雜的著色，只需金相顯微鏡上的DIC裝置簡單配合，就可獲得色彩艷麗、給人以美感的彩色金相照片。2）用微差干涉襯度法顯示的顯微組織，清晰、醒目、顏色艷麗、襯度大、易于鑒別、且方法簡單、操作方便、容易掌握。3）此法對于組織本身反差小，只有微小高度差，且各種相較多、其他方法不易顯示鑒別的復(fù)雜組織及細(xì)節(jié)，均能獲得滿意效果。

作者：賀勇 宗鐸 王生 郝麗萍 黃文濤 李巖 單位：中國兵器科學(xué)研究院 寧波分院