金相學

金相學是利用顯微鏡研究金屬的物理結構和成分的學科。

陶瓷和聚合物材料也可以使用金相技術制備，因此術語陶瓷學、塑性學和材料學統稱為材料學。

金相試樣的表面是通過各種研磨、拋光和蝕刻方法制備的。 制備后，通常使用光學或電子顯微鏡對其進行分析。 僅使用金相技術，熟練的技術人員就可以識別合金并預測材料特性。

機械制備是最常見的制備方法。 連續使用更細的磨料顆粒從樣品表面去除材料，直到達到所需的表面質量。 許多不同的機器可用于進行這種研磨和拋光，它們能夠滿足對質量、容量和再現性的不同需求。

系統的制備方法是實現真實結構的最簡單方法。 因此，樣品制備必須遵循適用于大多數材料的規則。 具有相似特性（硬度和延展性）的不同材料會產生相似的反應，因此在制備過程中需要相同的耗材。

金相試樣通常使用熱壓熱固性樹脂鑲嵌。 過去使用的是酚醛熱固性樹脂，但現代環氧樹脂正變得越來越流行，因為固化過程中減少的收縮導致更好的鑲嵌和出色的邊緣保持力。 典型的鑲嵌循環會將樣品和鑲嵌介質壓縮至 4,000 psi (28 MPa) 并加熱至 350 °F (177 °C) 的溫度。 當樣品對溫度非常敏感時，冷鑲嵌可以使用兩部分環氧樹脂制成。 安裝樣品提供了一種安全、標準化且符合人體工程學的方式，可在研磨和拋光操作期間固定樣品。

安裝后，將樣品濕磨以露出金屬表面。 用越來越細的研磨介質依次研磨試樣。 碳化硅砂紙是最早的研磨方法，至今仍在使用。 然而，許多金相學家更喜歡使用金剛石砂粒懸浮液，在整個拋光過程中將其添加到可重復使用的織物墊上。 懸浮的金剛石砂粒可能從 9 微米開始，到 1 微米結束。 通常，使用金剛石懸浮液進行拋光比使用碳化硅砂紙（SiC 砂紙）拋光效果更佳，尤其是在暴露孔隙的情況下，碳化硅砂紙有時會弄臟這些孔隙。 研磨試樣后，進行拋光。 通常，樣品在無絨布上用氧化鋁、二氧化硅或金剛石漿料拋光，以產生無劃痕的鏡面光潔度，沒有污跡、拖曳或拉出，并且制備過程中殘留的變形最小。

拋光后，可以用顯微鏡看到某些微觀結構成分，例如夾雜物和氮化物。 如果晶體結構是非立方體的，則無需使用交叉偏振光（光學顯微鏡）進行蝕刻即可顯示微觀結構。 否則，通過使用合適的化學或電解蝕刻劑可以揭示試樣的微觀結構成分。

金相分析中使用了許多不同的顯微技術。

蝕刻后應用肉眼檢查準備好的標本，以檢測對蝕刻劑的反應與正常情況不同的任何可見區域，作為應采用顯微鏡檢查的指導。 光學顯微鏡 (LOM) 檢查應始終在任何電子金相 (EM) 技術之前進行，因為這些技術執行起來更耗時，而且儀器也更昂貴。

此外，使用 LOM 可以最好地觀察到某些特征，例如，使用 LOM 可以看到成分的自然顏色，但不能使用 EM 系統。 此外，在相對較低的放大倍數（例如 <500X）下，LOM 的微觀結構圖像對比度比掃描電子顯微鏡（SEM）好得多，而透射電子顯微鏡（TEM）通常不能在放大倍數低于約 2000 至 3000X。 LOM考試速度快，覆蓋范圍廣。 因此，分析可以確定是否需要使用 SEM 或 TEM 的更昂貴、更耗時的檢查技術，以及工作應該集中在樣本的哪個位置。