金相顯微鏡的結(jié)構(gòu)、原理及應(yīng)用解析

金相顯微鏡主要用于鑒定和分析金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)組織，它是金屬學(xué)研究金相的重要儀器，是工業(yè)部門鑒定產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵設(shè)備，該儀器配用攝像裝置，可攝取金相圖譜，并對圖譜進(jìn)行測量分析，對圖象進(jìn)行編輯、輸出、存儲、管理等功能。
金相顯微鏡是將光學(xué)顯微鏡技術(shù)、光電轉(zhuǎn)換技術(shù)、計算機(jī)圖像處理技術(shù)完 美地結(jié)合在一起而開發(fā)研制成的高科技產(chǎn)品，可以在計算機(jī)上很方便地觀察金相圖像，從而對金相圖譜進(jìn)行分析，評級等以及對圖片進(jìn)行輸出、打印。眾所周知，合金的成分、熱處理工藝、冷熱加工工藝直接影響金屬材料的內(nèi)部組織、結(jié)構(gòu)的變化，從而使機(jī)件的機(jī)械性能發(fā)生變化。因此用金相顯微鏡來觀察檢驗分析金屬內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)是工業(yè)生產(chǎn)中的一種重要手段。
金相顯微鏡主要由光學(xué)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、附件裝置（包括攝影或其它如顯微硬度等裝置）組成。
根據(jù)金屬樣品表面上不同組織組成物的光反射特征，用顯微鏡在可見光范圍內(nèi)對這些組織組成物進(jìn)行光學(xué)研究并定性和定量描述。它可顯示500～0.2m尺度內(nèi)的金屬組織特征。早在1841年，俄國人（п．п．Ансов）就在放大鏡下研究了大馬士革鋼劍上的花紋。至1863年,英國人（H.C.Sorby）把巖相學(xué)的方法，包括試樣的制備、拋光和腐刻等技術(shù)移植到鋼鐵研究，發(fā)展了金相技術(shù)，后來還拍出一批低放大倍數(shù)的和其他組織的金相照片。索比和他的同代人德國人（A.Martens）及法國人（F.Osmond）的科學(xué)實踐，為現(xiàn)代光學(xué)金相顯微術(shù)奠定了基礎(chǔ)。至20世紀(jì)初，光學(xué)金相顯微術(shù)日臻完善，并普遍推廣使用于金屬和合金的微觀分析，迄今仍然是金屬學(xué)領(lǐng)域中的一項基本技術(shù)。
金相顯微鏡是用可見光作為照明源的一種顯微鏡。分立式和臥式,見圖1[光學(xué)顯微鏡a 立式顯微鏡 b 臥式顯微鏡]。它們都包括光學(xué)放大、照明和機(jī)械三個系統(tǒng)。
放大系統(tǒng)是影響顯微鏡用途和質(zhì)量的關(guān)鍵。主要由物鏡和目鏡組成。

顯微鏡的放大率為：
M顯=L/f物×250/f目=M顯×M目式中[m1]M顯——表示顯微鏡放大率；[m2]M物、[m3]M目和[f2]f物、[f1]f目分別表示物鏡和目鏡的放大率和焦距；L為光學(xué)鏡筒長度；250為明視距離。長度單位皆為mm。
分辨率和象差透鏡的分辨率和象差缺陷的校正程度是衡量顯微鏡質(zhì)量的重要標(biāo)志。在金相技術(shù)中分辨率指的是物鏡對目的物的*小分辨距離。由于光的衍射現(xiàn)象，物鏡的zui小分辨距離是有限的。德國人阿貝（Abb）對zui小分辨距離（）提出了以下公式
d=λ/2nsinφ式中[kg2][kg2]為光源波長；n為樣品和物鏡間介質(zhì)的折射系數(shù)（空氣;=1；松節(jié)油：=1.5）；φ為物鏡的孔徑角之半。
從上式可知，分辨率隨著和的增加而提高。由于可見光的波長[kg2][kg2]在4000～7000之間。在[kg2][kg2]角接近于90的zui有利的情況下，分辨距離也不會比[kg2]0.2m[kg2]更高。因此，小于[kg2]0.2m[kg2]的顯微組織，必須借助于電子顯微鏡來觀察（見）,而尺度介于[kg2]0.2～500m[kg2]之間的組織形貌、分布、晶粒度的變化，以及滑移帶的厚度和間隔等，都可以用光學(xué)顯微鏡觀察。這對于分析合金性能、了解冶金過程、進(jìn)行冶金產(chǎn)品質(zhì)量控制及零部件失效分析等，都有重要作用。
象差的校正程度，也是影響成象質(zhì)量的重要因素。在低倍情況下，象差主要通過物鏡進(jìn)行校正，在高倍情況下，則需要目鏡和物鏡配合校正。透鏡的象差主要有七種，其中對單色光的五種是球面象差、彗星象差、象散性、象場彎曲和畸變。對復(fù)色光有縱向色差和橫向色差兩種。早期的顯微鏡主要著眼于色差和部分球面象差的校正，根據(jù)校正的程度而有消色差和復(fù)消色差物鏡。近期的金相顯微鏡，對象場彎曲和畸變等象差，也給予了足夠的重視。物鏡和目鏡經(jīng)過這些象差校正后，不僅圖象清晰，并可在較大的范圍內(nèi)保持其平面性，這對金相顯微照相尤為重要。因而現(xiàn)已廣泛采用平場消色差物鏡、平場復(fù)消色差物鏡以及廣視場目鏡等。上述象差校正程度，都分別以鏡頭類型的形式標(biāo)志在物鏡和目鏡上。
光源*早的金相顯微鏡，采用一般的白熾燈泡照明，以后為了提高亮度及照明效果，出現(xiàn)了低壓鎢絲燈、碳弧燈、氙燈、鹵素?zé)?、水銀燈等。有些特殊性能的顯微鏡需要單色光源，鈉光燈、鉈燈能發(fā)出單色光。
照明方式金相顯微鏡與生物顯微鏡不同，它不是用透射光,而是采用反射光成像,因而必須有一套特殊的附加照明系統(tǒng)，也就是垂直照明裝置。1872年蘭（V.vonLang）創(chuàng)造出這種裝置,并制成了第 一臺金相顯微鏡。原始的金相顯微鏡只有明場照明，以后發(fā)展用斜光照明以提高某些組織的襯度。
日常維護(hù)、保養(yǎng)及注意事項
為保證系統(tǒng)的使用壽命及可靠性，注意以下事項：
1.試驗室應(yīng)具備三防條件：防震（遠(yuǎn)離震源）、防潮（使用空調(diào)、干燥器）、防塵（地面鋪上地板）；電源：220V+-10%,50HZ溫度：0度-40度.
2.調(diào)焦時注意不要使物鏡碰到試樣，以免劃傷物鏡。
3.當(dāng)載物臺墊片圓孔中心的位置遠(yuǎn)離物鏡中心位置時不要切換物鏡，以免劃傷物鏡。
4.亮度調(diào)整切忌忽大忽小，也不要過亮，影響燈泡的使用壽命，同時也有損視力。
5.所有（功能）切換，動作要輕，要到位。
6.關(guān)機(jī)時要將亮度調(diào)到zui小。
7.非專業(yè)人員不要調(diào)整照明系統(tǒng)（燈絲位置燈），以免影響成像質(zhì)量。
8.更換鹵素?zé)魰r要注意高溫，以免灼傷；注意不要用手直接接觸鹵素?zé)舻牟Ａw。
9.關(guān)機(jī)不使用時，將物鏡通過調(diào)焦機(jī)構(gòu)調(diào)整到zui低狀態(tài)。
10.關(guān)機(jī)不使用時，不要立即該蓋防塵罩，待冷卻后再蓋，注意防火。
11.不經(jīng)常使用的光學(xué)部件放置于干燥皿內(nèi)。
12.非專業(yè)人員不要嘗試擦物鏡及其它光學(xué)部件。目鏡可以用脫脂棉簽蘸1:1比例（無水酒精：乙醚）混合液體甩干后擦拭，不要用其他液體，以免損傷目鏡。