实验1-2：金相试样制备和显微镜的使用综述

《实验1-2：金相试样制备和显微镜的使用综述》由会员分享，可在线阅读，更多相关《实验1-2：金相试样制备和显微镜的使用综述（53页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、普通光学金相显微镜的构造及使用 实验一： 材料科学基础实验 一、实验目的 n1. 了解普通光学显微镜的构造，各主要部 件及元件的效用。 n2. 掌握正确的使用操作规程及维护方法。 二、金相显微镜的构造和使用 金相显微境的常见型式有台式、立式和 卧式三大类。 光学系统 照明系统 机械系统 为减少象差，显微镜的目镜和物镜都 是由透镜组构成的复杂的光学系统， 其中物镜的构造尤为复杂。 图中的物镜和目镜都简化为单透镜。 显微镜的放大作用主要由焦距很短的物 镜和焦距较长的目镜来完成。 通过物镜及目镜两次放大而得到倍数较 高的放大像。总的放大倍数M应为物镜 放大倍数M物与目镜放大倍数M目的乘积 n 物体A

2、B位于物镜的前焦 点外但很靠近焦点的位置上 ，经过物镜形成一个倒立的 放大实象AB，这个象位于 目镜的物方焦距内但很靠近 焦点的位置。 n 目镜将物镜放大的实象再 放大成虚象AB”，位于观 察者的明视距离(距人眼250 mm)处，供眼睛观察。在视 网膜上形成的是实象A”B” 。 显微镜的成象过程是个比较复杂的衍射 相干过程，显微镜的分辨能力和放大能力 都受到一定限制。 目前金相显微镜可观察的最小尺寸一般 是0.2 mm左右，有效放大率最大为1500 1600倍。 显微镜的放大率M等于物镜的线放大率 M1与目镜的角放大率M2的乘积。 M1L / f1，M2D/ f2 L为显微镜的光学镜筒长度，即

3、从物镜的后 焦点到所成实象的距离， f1为物镜的焦距， 负号表示所成的象是倒立的，D为人眼睛的 明视距离； f2为目镜的焦距。 MLD/f1f2 单片普通透镜所成的象，由于物理条件 的限制，往往模糊不清或发生畸变，在实际 成象中出现的所有缺陷和偏差都称为象差。 象差一般分为两大类：一类是单色光成 象时的象差，简称为单色象差，包括球面象 差、彗形象差、象散和象域弯曲；另一类是 多色光成象时的象差，称为色象差，这是由 于介质对不同波长的光的折射率不同而引起 的。 对显微成象影响最大的有三种象差，即球 面象差、色象差和象域弯曲。 物镜的数值孔径(N.A.)：表示物镜收集 光线的能力。数值孔径越大，物

4、镜对试样 上各点的反射光收集得就越多，成象质量 就越好。 显微镜的分辨率用它能清晰地分辨试样 上两点间的最小距离d表示。 dl/(2 N.A.) l为入射光的波长。 n显微镜的分辨率取决于使用光线的波长和 物镜的数值孔径，与目镜无关。 n光源的波长可以通过滤色片来选择，蓝光 的波长比黄绿光短，所以分辨率较黄绿光 大25%。 n当光源的波长一定时，则可通过变化数值 孔径来调节显微镜的分辨率。 n在空气介质中使用时， N.A.1，这类物镜 称为干类物镜。 n当物镜与试样之间充满松柏油介质（ n=1.52）时， N.A.=1.4，这就是显微镜在 高倍观察时所用的油镜头。 n每个物镜均有一个额定的N.

5、A.值，刻在物 镜体上。 显微镜的有效放大倍数M： M （5001000）N.A. 放大率小于500 N.A.时，人眼不能看清 物镜已分辨的组织细节； 放大率大于1000 N.A.时，人眼并不能 看到更多的细节，物体的象反而不如放大 率较低时清晰，这种放大称为“虚放大”或“ 无效放大”。 由灯泡1发光-聚光透镜组2 会聚-反光镜8的反射-孔 径光栏9-聚光镜3聚集到 物镜的后焦面，通过物镜 平行均匀照射-试样7的表 面-反射光线-物镜组6、 辅助透镜5-半反射镜4转 向-辅助透镜11、棱镜12和 棱镜13-形成一个倒立放大 的实象-透镜14和目镜15放 大-得到所观察试样表面 的放大图像。 三

6、、金相显微镜的构造及使用 n 金相显微镜通常由光学系统、照明系统和机械 系统三大部分组成。 n光学系统：由光源、反光镜、物镜组、目镜及多 组聚光镜组组成。 n照明系统：由安装在底座上的低压灯泡、聚光镜 、反光镜、孔径光阑和安装在支架上的视场光栏 和另一聚光镜组成。 n机械系统：由载物台、物镜转换器、目镜筒、粗 调和微调手轮、视场光阑和孔径光阑组成。 金相显微镜构造 金相显微镜光路图 在金相显微镜的光路系统中，一般装有两个光栏，以进一步改 善映象质量。靠近光源的 一个叫孔径光阑，后一个叫视域光阑 。某些小型台式显微镜仅有一个孔径光阑。这两个光阑 的调节 ，对最后的映象质量关系极大。 孔径光阑的作

7、用是控制入射光束的大小，对某些象差的大小有 重要影响：缩小孔径光阑可减小球差和轴外象差，加大景深和衬 度，使映象清晰。但却会使物镜的分辨能力降低。理论上合适的 孔径光阑大小应以光束刚刚充满物镜后透镜为准。实际观察时无 法检查后透镜光 线充满的情形，按经验可取下目镜直接观察筒 内灯丝映象面积占整个筒面积的1/23/4 时，为适宜的孔径光阑 。 光阑 视域光阑于光程中所处的位置为：经光学系统造 象于金相磨面上。因此，调节光阑大小可改变视 域的大小，但并不影响物镜的鉴别率。视域光阑 愈小，映象衬度愈佳。故为了增加衬度可将视域 光阑缩小到最低限度，即观察时调至与目镜内视 域同样大小。在摄影时则调节 至

8、画面尺寸为限。 滤色片的作用是吸收光源发出的白色光中波长不合需要的部分，只让一定波 长的光线通 过，从而得到一定波长的光线。因而，滤色片是金相显微摄影 （黑白）时一个有力的辅助工 具，用以得到优良的金相照片。 使用滤色片 的目的主要有： （1） 增加映象衬度或提高某种彩色组织的微细部分的鉴别能力。 （2）校正残余象差 由于消色差物镜象差的校正仅在黄绿波区比较完善，故使用时应配用黄绿色 滤色片，其 它色彩的滤色片均显著暴露消色差物镜的缺点，降低映象质量 。 复消色差物镜对各波区象差校正极佳，故可不用滤色片。或根据衬度需要选 择而不受象 差校正的限制。 （3）得到较短的单色光以提高鉴别率。 我们知

9、道光源波长愈短，物镜的鉴别率愈高，如采用蓝光将比黄绿光具有更 高的鉴别能力。 滤色片 照明系统 在底座内装有一个低 压（68 V，15W）灯泡 作为光源，由变压器降压 供电。 聚光镜、反光镜和孔 径光阑15等装置在底座上 ；视场光阑14和另一聚光 镜则安在支架上。通过以 上一系列透镜及物镜本身 的作用，试样表面获得了 充分均匀的照明。 机械系统 在显微镜体的两侧有粗调 和微动调焦手轮，两者在同 一部位。 转动粗调手轮6可以通过 内部齿轮带动支承载物台的 弯臂作上下运动。 微调手轮5传动内部齿轮 ，使其沿着滑轨缓慢移动。 在右侧手轮上刻有分度格， 表示上下微动2微米。齿轮箱 上刻有白线指示微动升

10、降的 极限位置。 机械系统 载物台(样品台) 用于 放置金相试样。 载物台和下面托盘之 间有导架，移动结构采 用粘性油膜联结。 用手推动，可引导载 物台在水平面上作一定 范围的移动，以改变试 样的观察部位。 光学系统 n孔径光阑15和视场光阑14 n物镜：转换器呈球面形， 上面有三个螺孔，可安装 不同放大倍数的物镜。 n目镜简：呈45度倾斜安 装在附有棱镜的半球形座 上。目镜可转向90度呈 水平状态，以配合照相装 置进行金相显微摄影。 金相显微镜的使用方法 金相显微镜是一种精密光学仪器，在使 用时要求细心和谨慎，严格按照使用规程进 行操作！ n将显微镜的光源插头接在低压（6 8V）变 压器上，

11、接通电源； n根据放大倍数，选用所需的物镜和目镜，分 别安装在物镜座上和目镜筒内。旋动物镜转 换器，使物镜进入光路并定位； n将试样放在样品台中心，使观察面朝下并 用弹簧片压住； n转动粗调手轮先使镜筒上升，同时用眼观 察，使物镜尽可能接近试样表面（但不得 与之相碰），然后反向转动粗调手轮，使 镜筒渐渐下降以调节焦距。当视场亮度增 强时，再改用微调手轮调节，直到物象最 清晰为止； n必要时适当调节孔径光阑和视场光阑以获 得最佳质量的物象。 金相显微镜使用的注意事项 n操作应细心，不能有粗暴和剧烈动作，严禁 自行拆卸显微镜部件； n显微镜的镜头和试样表面不能用手直接触摸 ； n显微镜的照明灯泡必

12、须接在6 8V变压器上 ，切勿直接插入220V电源，以免烧毁灯泡 ； n旋转粗调和微调手轮时，动作要慢，碰到故 障应立即报告，不能强行用力转动，以免损 坏机件。 金相样品制备的一般方法 实验二 ： 材料科学基础实验 一、实验目的： 1. 掌握一般金相显微样品的制备过 程和基本方法。 2. 熟悉碳钢平衡组织的显微形貌特 征及识别方法。 二、实验内容 1. 每人制备一块显微观察样品。 用机械抛光法及一般化学浸蚀法制备金相显微样 品。 2. 在光学显微镜下，对制备好的样品进行组织观察 与分析 n在光学显微镜下对样品进行观察，研究每一个样 品的组织特征，并联系铁碳相图了解其组织形成的 过程。注意含碳量

13、与金相组织之间的关系。 n待认识了各种组织之后，抓住特征，描绘每个样 品显微组织的示意图。 n对未知亚共析钢样品进行含碳量的估算。 二、实验内容： 三、实验要求： 1. 实验材料及设备： n碳钢试样 n各号金相砂纸 n金属试样预磨机、抛光机 n腐蚀剂：4%硝酸酒精 n棉花球、竹夹子、电热吹风机 n金相显微镜 四、实验步骤 1.样品制备： 1、试样的截取： 2、磨光 3、抛光 （1）机械抛光 （2）电解抛光 （3）化学抛光 （4）化学机械抛光 4、组织显露（浸蚀） 金相试样的制备 n1）取样 金相试样的选取应根据研究目的取其具有代表 性的部位，试样截取方法视材料的性质不同而异， 但应保证不使被观

14、察面的组织发生变化。 对软金属，可用手锯或锯床切割；对硬而脆的 材料可用锤击方法；对极硬材料可采用砂轮切片机 或线切割方法；在大工件上取样可用氧气切割等方 法。 截取的试样大小以便于握持、易于磨制 为准，一般为直径12 15mm、高度（或边 长） 12 15mm的圆柱体或立方体。 n 2）镶嵌 对于尺寸过于细小的金属丝、片、管或不规 则形状物，以及有特殊要求（例如需要观察表层 组织）的试样，必须先将其镶嵌起来再磨制。 镶样方法很多，如低熔点合金镶嵌、电木粉 或塑料镶嵌、机械夹持等。目前多用电木粉镶嵌 ，使用该方法时，应注意镶样机的温度和压力对 试样组织的影响。 n3）磨制 磨制是为了得到平整的

15、磨面，为抛光作准 备。一般磨制过程分为粗磨和细磨。粗磨一般 在砂轮机上进行，砂轮粗磨应利用砂轮的侧面 ，并使试样沿砂轮径向作往复缓慢移动，施加 压力要适度、均匀。 在磨制过程中要不断用水冷却试佯，以防 由于温度升高造成试样内部组织变化。最后， 将试样倒角，以免细磨及抛光时划破砂纸或抛 光布。 粗磨后的试样表面仍有较深的磨痕，需 进行细磨。细磨有手工磨光和机械磨光两种 方法。 手工磨光是用手握持试样，在金相砂纸 上单方向推移磨制，拉回时提起试样，使之 脱离砂纸。 我国金相砂纸按粗细分为01号、02号、 03号、04号、05号等几种。 细磨时，依次从01号磨至05号；每次换 砂纸时，应先将试样清洗

16、干净，以免把粗 砂粒带到下一级砂纸上去，再将试样的磨 制方向调转90度，即磨制方向与上一道磨 痕方向垂直，以便观察上一道磨痕是否全 部消除。 n4）抛光 抛光的目的是去除细磨后留下的细微磨痕 ，使磨面呈光亮镜面。 抛光前应先将试样清洗干净！抛光常用方 法有机械抛光、电解抛光和化学抛光等方法 。 机械抛光在抛光机上进行，可分为粗抛 和精抛两个步骤。粗抛时转速高一些，精抛 或抛软材料时，转速要低些。抛光盘上铺以 不同材料的抛光布。粗抛时常用帆布或粗呢 ，精抛时常用绒布、细呢或丝绸等。 抛光时需要向抛光盘上不断滴注抛光液 ，以产生磨削和润滑作用。抛光液通常采 用氧化铝、氧化镁、氧化铬等抛光粉在水 中的悬浮液。 抛光试样的磨面应均匀、平正地压在旋 转的抛光盘上，并沿盘的半径方向从中心 到边缘作往复移动。压力不宜过大，抛光 时间也不宜过长，一般约3 5分钟。当磨 痕全部消除而呈现镜面时，停止抛光。将 试祥用水冲洗干净，然后进行浸蚀。 n5）浸蚀 经抛光后的试样磨面，必须用浸蚀剂进 行浸蚀，以清