Металлы под микроскопом.
НЕМНОГО
ИСТОРИИ.
Хотя
достоверно известно, что задолго до
описанного ниже события уже проводились
некоторые металлографические
исследования—например, еще Р. А.
Реомюр (1683—1757) сообщал о макротравлении
различных сортов стали,—тем не менее
именно это событие принято считать «днем
рождения» металлографии.
Все
началось с весьма редкого и
примечательного явления природы:
22 мая 1808 г. вблизи моравского местечка Штаннерн упал железный метеорит. Директор венского придворного минералогического кабинета Карл Шрейбер (1775—1852) уговорил своего коллегу, директора кабинета промышленных изделий Алоиса фон Видманштетта (1754—1849) заняться исследованием метеорита.
Результаты опытов Видманштетта Шрейбер описал в статье, опубликованной в 1820 г. В ней, в частности, говорилось:
«Интересная
структура метеоритного железа... самым
отчетливым образом видна на совершенно
ровных, чисто отшлифованных и тонко
отполированных плоскостях после того,
как на эти плоскости в течение
некоторого времени воздействовали
соляной кислотой. Через несколько минут,
а иногда и сразу же проявляется
структура,... как будто налет на
поверхности».
Дальше в
статье сообщалось, что при более
длительном травлении на поверхности
возникает рельеф, который можно
использовать как клише, позволяющее
размножить изображение
структуры. Такая «металлография»
соответствовала известному тогда
способу печати—литографии.
Структуру
такого же типа, какая была обнаружена в
метеоритном железе, можно наблюдать и в
стальных отливках, и в перегретой стали.
В честь открывшего ее ученого она
называется видманштеттовой структурой.
Металлография
приобрела особенно большое значение
после того, как стало возможным
рассматривать травленые металлические
образцы под микроскопом.
Микроскоп как никакой другой прибор помог раскрыть многие секреты металлов. Кристаллическая структура металлов, проявляющаяся на поверхностях излома, особенно отчетливо видна под микроскопом. Но самые обширные и важные сведения принесло исследование под микроскопом плоских, специальным образом обработанных металлических поверхностей.
Родоначальником промышленной металлографии следует считать русского горного инженера Павла Петровича Аносова (1797—1851), который впервые применил световой микроскоп для изучения микроструктуры металлов и расшифровал секрет булатной стали. Его фундаментальный труд «О булатах» был опубликован в России в 1841 г.
До конца первой четверти текущего столетия основным методом исследования металлов являлась металлография. Сегодня наряду с оптическим микроскопом широкое применение находит также электронный микроскоп. Оба эти прибора позволили глубоко изучить и понять свойства и поведение металлических материалов.
Прежде чем производить наблюдения структуры металлов при помощи оптического микроскопа, плоскую поверхность металлического образца подвергают шлифовке, полировке и травлению. Увидеть в микроскоп какую-то картину на полированной поверхности можно только в том случае, если металл содержит различные составляющие, заметно отличающиеся по своим оптическим свойствам. Например, на поверхности чугунного образца удается проследить форму графитных включений и их распределение в массе основного металла. Чтобы на поверхности шлифа проявилось расположение мелких кристаллов (зерен), ее, как правило, необходимо протравить. Травление оказывает на металл химическое или электрохимическое воздействие, что и позволяет раскрыть его
структуру. Отдельные участки поверхности металлического образца подвергаются растворению либо на них осаждается тончайшая окрашенная пленка. Различные типы кристаллов при растворении ведут себя по-разному, причем границы между зернами—в зависимости от выбранного травителя—растворяются сильнее, и, таким образом, на металлическом шлифе возникает микрорельеф, становится видна структура образца.Увеличение оптического микроскопа в лучшем случае достигает 1500 крат, тогда как электронный микроскоп обеспечивает значительно большее увеличение.
В электронном микроскопе наблюдают, как правило, на просвет либо сами металлические образцы, либо снятые с их тщательно отполированной поверхности отпечатки (реплики) толщиной меньше тысячной доли миллиметра.
Исследовать поверхность образца позволяет растровый (сканирующий) электронный микроскоп. В нем узкий электронный луч обегает (сканирует) всю поверхность образца, возникающий при этом ток отраженных или рассеянных от поверхности электронов создает соответствующее изображение на экране.
Увеличение такого микроскопа составляет от 20 до 100000 крат. Существенным преимуществом его является большая глубина резкости изображения. Благодаря этому с его помощью удается достаточно четко наблюдать поверхности с глубоким рельефом, например поверхности излома.
Если оптическая микроскопия позволила впервые увидеть строение металлических материалов, то электронная микроскопия дала не менее ценную информацию.
Оптическая металлография открыла нам типы, расположение и процесс образования структурных составляющих в металле; электронная же металлография стала незаменимой для наблюдения дефектов кристаллической решетки, от которых в значительной мере зависят свойства металлов.
Цифровая
микроскопия - новейшее направление
современной микроскопии, базируется на
анализе изображений, получаемых с помощью
цифровых комплексов.
Цифровой
комплекс состоит из цифрового микроскопа и
компьютера, со специальным программным
обеспечением
Например, ни камера, ни микроскоп, ни
компьютер в отдельности не могут измерять
оптические параметры объекта, а цифровой
микроскоп, собранный на их основе, обладает
свойством проведение фотометрических
измерений.
