金相顯微鏡的結構、原理及應用解析

金相顯微鏡主要用于鑒定和分析金屬內(nèi)部結構組織，它是金屬學研究金相的重要儀器，是工業(yè)部門鑒定產(chǎn)品質量的關鍵設備，該儀器配用攝像裝置，可攝取金相圖譜，并對圖譜進行測量分析，對圖象進行編輯、輸出、存儲、管理等功能。
金相顯微鏡是將光學顯微鏡技術、光電轉換技術、計算機圖像處理技術完 美地結合在一起而開發(fā)研制成的高科技產(chǎn)品，可以在計算機上很方便地觀察金相圖像，從而對金相圖譜進行分析，評級等以及對圖片進行輸出、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、結構的變化，從而使機件的機械性能發(fā)生變化。因此用金相顯微鏡來觀察檢驗分析金屬內(nèi)部的組織結構是工業(yè)生產(chǎn)中的一種重要手段。
金相顯微鏡主要由光學系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、機械系統(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行光學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）把巖相學的方法，包括試樣的制備、拋光和腐刻等技術移植到鋼鐵研究，發(fā)展了金相技術，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）的科學實踐，為現(xiàn)代光學金相顯微術奠定了基礎。至20世紀初，光學金相顯微術日臻完善，并普遍推廣使用于金屬和合金的微觀分析，迄今仍然是金屬學領域中的一項基本技術。
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[光學顯微鏡a 立式顯微鏡 b 臥式顯微鏡]。它們都包括光學放大、照明和機械三個系統(tǒng)。
放大系統(tǒng)是影響顯微鏡用途和質量的關鍵。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量的重要標志。在金相技術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，都可以用光學顯微鏡觀察。這對于分析合金性能、了解冶金過程、進行冶金產(chǎn)品質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，也是影響成象質量的重要因素。在低倍情況下，象差主要通過物鏡進行校正，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、鹵素燈、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、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.試驗室應具備三防條件：防震（遠離震源）、防潮（使用空調、干燥器）、防塵（地面鋪上地板）；電源：220V+-10%,50HZ溫度：0度-40度.
2.調焦時注意不要使物鏡碰到試樣，以免劃傷物鏡。
3.當載物臺墊片圓孔中心的位置遠離物鏡中心位置時不要切換物鏡，以免劃傷物鏡。
4.亮度調整切忌忽大忽小，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.關機時要將亮度調到zui小。
7.非專業(yè)人員不要調整照明系統(tǒng)（燈絲位置燈），以免影響成像質量。
8.更換鹵素燈時要注意高溫，以免灼傷；注意不要用手直接接觸鹵素燈的玻璃體。
9.關機不使用時，將物鏡通過調焦機構調整到zui低狀態(tài)。
10.關機不使用時，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。