مقدمه ای بر زمینه کاربرد میکروسکوپ متالوگرافیک

مقدمه ای بر زمینه کاربرد میکروسکوپ متالوگرافیک

بررسی متالوگرافی فلزات آهنی، بررسی متالوگرافی فلزات غیرآهنی، بررسی متالوگرافی متالورژی پودر، شناسایی بافت و ارزیابی پس از عملیات سطحی مواد.

انتخاب مواد: بین ریزساختار و عملکرد ماده مطابقت خاصی وجود دارد که بر اساس آن می توان ماده مناسب را انتخاب کرد.
بررسی: بررسی مواد خام و بررسی فرآیند.
بازرسی نمونه برداری: فرآیند تولید محصول، بازرسی متالوگرافی را روی محصولات نیمه تمام انجام می دهد تا اطمینان حاصل شود که ریزساختار محصول با الزامات پردازش فرآیند بعدی مطابقت دارد.
ارزیابی فرآیند: قضاوت و شناسایی صلاحیت فرآیند محصول.
ارزیابی حین سرویس: مبنایی را برای عملکرد، قابلیت اطمینان و عمر مفید قطعات در حال سرویس فراهم می کند.
تجزیه و تحلیل شکست: پیدا کردن عیوب فرآیند و مواد، به طوری که مبنای تجزیه و تحلیل ماکرو و خرد برای تجزیه و تحلیل شکست فراهم شود.

اصول تصویربرداری مختلف میکروسکوپ متالوگرافی

1. میدان روشن، میدان تاریک
میدان روشن ابتدایی ترین راه برای مشاهده نمونه ها با میکروسکوپ است و زمینه روشنی را در میدان دید میکروسکوپ ارائه می دهد. اصل اساسی این است که وقتی منبع نور به صورت عمودی یا تقریباً عمودی از طریق عدسی شیئی به سطح نمونه تابیده می شود، توسط سطح نمونه به عدسی شیئی بازتاب می شود تا یک تصویر ایجاد شود.

تفاوت روش روشنایی میدان تاریک با میدان روشن این است که در ناحیه میدان میکروسکوپ پس زمینه تاریک وجود دارد و روش روشنایی میدان روشن به صورت عمودی یا عمودی است، در حالی که روش روشنایی میدان تاریک از طریق مایل است. روشنایی اطراف عدسی شیئی نمونه، نمونه نور تابیده شده را پراکنده یا منعکس می کند و نور پراکنده یا منعکس شده توسط نمونه برای تصویربرداری از نمونه وارد عدسی شیئی می شود. مشاهده میدان تاریک می تواند به وضوح کریستال های بی رنگ و کوچک یا الیاف ریز رنگ روشن را مشاهده کند که مشاهده آنها در میدان روشن در میدان تاریک دشوار است.

2. نور پلاریزه، تداخل
نور نوعی موج الکترومغناطیسی است و موج الکترومغناطیسی نوعی موج عرضی است، تنها موج عرضی دارای پدیده پلاریزاسیون است. نوری است که بردار الکتریکی آن نسبت به جهت انتشار به صورت ثابتی ارتعاش می کند.

قطبش نور را می توان با کمک تنظیمات تجربی تشخیص داد. دو پلاریزه کننده A و B یکسان را در نظر بگیرید، اجازه دهید نور طبیعی ابتدا از پلاریزه کننده اول A عبور کند، سپس نور طبیعی نیز به نور پلاریزه تبدیل می شود، اما قطب دوم B مورد نیاز است زیرا چشم انسان نمی تواند آن را تشخیص دهد. پلاریزر A را ثابت کنید، قطبش B را در همان سطح A قرار دهید، قطبش B را بچرخانید و می توانید متوجه شوید که شدت نور عبوری با چرخش B به طور متناوب تغییر می کند و شدت نور به تدریج از حداکثر به تغییر می کند. حداکثر هر چرخش 90 درجه با ضعیف‌تر شدن تاریک‌ترین و سپس چرخش 90 درجه، شدت نور به تدریج از تاریک‌ترین به روشن‌ترین افزایش می‌یابد، بنابراین قطبش‌کننده A را پلاریزه‌کننده و قطبی‌کننده B را آنالیزور می‌گویند.

تداخل پدیده ای است که در آن دو ستون موج منسجم (نور) در ناحیه برهمکنش قرار می گیرند تا شدت نور را افزایش یا کاهش دهند. تداخل نور عمدتاً به تداخل دو شکاف و تداخل لایه نازک تقسیم می شود. تداخل دو شکاف به این معنی است که نور ساطع شده از دو منبع نور مستقل، نور منسجم نیست. دستگاه تداخل دو شکاف باعث می شود که یک پرتو نور از شکاف دوتایی عبور کند و به دو پرتو نور منسجم تبدیل شود که روی صفحه نور ارتباط برقرار می کند تا حاشیه های تداخل پایدار ایجاد کند. در آزمایش تداخل دو شکاف، زمانی که اختلاف مسیر از یک نقطه روی صفحه نور تا شکاف دوتایی، مضربی زوج از نیم طول موج باشد، حاشیه‌های روشن در نقطه ظاهر می‌شوند. وقتی تفاوت مسیر از یک نقطه روی صفحه نور تا شکاف دوتایی مضرب عجیبی از نیم طول موج باشد، حاشیه تاریک در این نقطه تداخل دو شکاف یانگ است. تداخل لایه نازک پدیده تداخل بین دو پرتو نور منعکس شده پس از بازتاب یک پرتو نور توسط دو سطح فیلم است که به آن تداخل لایه نازک می گویند. در تداخل لایه نازک، تفاوت مسیر نور منعکس شده از سطوح جلو و عقب با ضخامت فیلم تعیین می شود، بنابراین همان حاشیه روشن (حاشیه تاریک) باید در جایی که ضخامت فیلم برابر است ظاهر شود. تداخل لایه نازک از آنجایی که طول موج نور بسیار کوتاه است، وقتی لایه های نازک تداخل دارند، لایه دی الکتریک باید به اندازه کافی نازک باشد تا حاشیه های تداخل را مشاهده کند.

3. تداخل دیفرانسیل کنتراست DIC
میکروسکوپ متالوگرافی DIC از اصل نور پلاریزه استفاده می کند. میکروسکوپ DIC انتقال عمدتاً دارای چهار جزء نوری ویژه است: پلاریزه کننده، منشور DIC I، منشور DIC II و تحلیلگر. پلاریزه کننده ها مستقیماً در جلوی سیستم کندانسور نصب می شوند تا نور را به صورت خطی قطبی کنند. یک منشور DIC در کندانسور تعبیه شده است و این منشور می تواند یک پرتو نور را به دو پرتو نور (x و y) با جهت قطبش متفاوت تجزیه کند که یک زاویه کوچک را تشکیل می دهند. کندانسور دو پرتو نور را موازی با محور نوری میکروسکوپ تراز می کند. در ابتدا، دو پرتو نور دارای فاز یکسانی هستند. پس از عبور از ناحیه مجاور نمونه، به دلیل تفاوت در ضخامت و ضریب شکست نمونه، دو پرتو نور دارای اختلاف مسیر نوری هستند. یک منشور DIC II در صفحه کانونی پشتی لنز شیئی نصب شده است که دو موج نور را در یک موج ترکیب می کند. در این زمان، صفحات قطبش (x و y) دو پرتو نور هنوز وجود دارند. آخرین پرتو از اولین دستگاه پلاریزه کننده یعنی آنالایزر عبور می کند. قبل از اینکه پرتو تصویر DIC چشمی را تشکیل دهد، آنالایزر در زوایای قائمه نسبت به جهت پلاریزه کننده قرار دارد. آنالایزر دو پرتو عمود بر نور را به دو پرتو با سطح پلاریزاسیون یکسان ترکیب می کند و باعث تداخل آنها می شود. تفاوت مسیر نوری بین امواج x و y تعیین می کند که چه مقدار نور منتقل می شود. وقتی اختلاف مسیر نوری 0 باشد، هیچ نوری از تحلیلگر عبور نمی‌کند. هنگامی که اختلاف مسیر نوری برابر با نصف طول موج باشد، نور عبوری به حداکثر مقدار می رسد. بنابراین، در زمینه خاکستری، ساختار نمونه تفاوت بین روشن و تاریکی را نشان می دهد. برای دستیابی به بهترین کنتراست تصویر، تفاوت مسیر نوری را می توان با تنظیم تنظیم دقیق طولی منشور DIC II تغییر داد، که می تواند روشنایی تصویر را تغییر دهد. تنظیم منشور DIC II می تواند ساختار ظریف نمونه را تصویری مثبت یا منفی ارائه دهد، معمولاً یک طرف روشن و طرف دیگر تاریک است که باعث حس مصنوعی سه بعدی نمونه می شود.