金相是探求金属的结构。然而如今，更倾向于使用“材相”的描述，这是因为大量复合物质的出现比如其它材料（陶瓷/金属系统，金属/塑料系统）的发展。金相也即材相的应用主要分布在质量控制，失效分析以及研发等领域。
金相 / 材相 它如何帮助我们揭示材料的内部结构以及为何重要
金相学简介
金相学是对材料微观结构的研究：即在微观层面上晶粒、相、夹杂物和缺陷的排列。这些特征在决定材料的性能方面起着关键作用，例如强度、硬度和耐腐蚀性。阅读此网页，了解金相学为何以及如何成为研发、过程控制和失效分析中不可或缺的一部分
材料的微观结构由其成分以及加工方式决定，例如铸造、锻造、热处理或其他制造方法。为了观察材料的内部结构，金相学依靠诸如光学显微镜和电子显微镜等技术，具体选择哪种技术取决于所需的细节程度。
金相学，材相学，陶瓷学，矿物学 – 它们有何区别？
虽然传统上与金属相关，但金相学方法几乎可以应用于所有类别的材料。从更广泛的角度来看，术语材相学用于反映其应用范围已超出金属 - 因此在处理陶瓷时称为陶瓷学。另一方面，矿物学指的是对天然固体的检查 - 通常是具有明确化学成分和结构的结晶矿物。虽然材相学主要关注技术材料，但矿物学为天然原材料提供了重要的见解。 无论您是在分析航空航天用的高强度合金、医疗器械用的聚合物、陶瓷涂层还是矿物，材相学都能为您打开一扇窥探材料内部世界的窗口。
我们为什么以及何时使用金相学？
材料的微观结构对其机械、热学和化学性能有着重大影响。诸如晶粒尺寸、相分布、孔隙率和夹杂物等特性都会影响材料在实际条件下的表现。每当需要了解或验证这些内部结构时，都会使用金相学，使其成为众多领域中的重要工具。常见应用包括：
- 质量控制：验证热处理、合金成分或制造一致性
- 失效分析: 调查部件为何在使用中开裂、腐蚀或失效
- 材料研究：通过将结构与性能相联系来开发新材料或改进现有材料。
- 认证与合规：验证材料是否符合行业或安全标准。
无论是在工业界还是学术界，金相学都有助于将加工、结构和性能联系起来，为决策和创新提供有价值的见解。
如何为金相分析制备样品？
金相制备的目的是揭示材料的真实微观结构。只有制备良好的样品才能对其内部特征进行清晰准确的评估。在制备过程中，必须确保微观结构不被改变。机械或热的影响，如过度用力、过热或不当处理，都可能改变材料的结构并导致错误的结果。虽然具体程序可能因材料而异，但一般的工作流程遵循一致的顺序。
切割/分割
切割，或称分割，是金相样品制备的第一步。它包括从材料中取出具有代表性的样本用于分析。这通常使用切割机来完成，机器和切割轮的选择取决于材料的类型、尺寸和硬度。
无论样本来自大型铸件还是细线：仔细截取至关重要。目标是分离出感兴趣的区域，同时避免引入热损伤或机械损伤。切割过程中过高的温度、振动或压力会改变切口附近的微观结构，从而导致分析结果不准确。不同的材料需要特定的切割砂轮，例如专门用于切割金属、陶瓷、聚合物或复合材料的切割轮。
镶嵌
切割后，样品通常会被镶嵌在聚合物树脂中，以在后续的制备步骤中保护样品。对于易碎的几何形状、薄涂层或小零件来说，镶嵌尤为重要，因为在研磨或抛光过程中很容易发生机械损伤。镶嵌的试样也更易于操作且更安全，而将试样尺寸标准化则有利于半自动或全自动制备系统的高效使用。
主要有两种镶嵌技术:
热镶嵌：将试样置于装有热固性树脂（如酚醛或环氧树脂）的模具中，在高温高压下固化。这种方法通常用于能够承受高温高压的坚固材料。
冷镶嵌：将试样嵌入在室温下固化的液态树脂中。这种方法适用于对温度敏感的材料和多孔样品。尽管冷镶嵌过程中系统内不引入外部热量，但在固化过程中温度仍可超过 100°C。
热镶嵌和冷镶嵌的选择取决于材料、样品的几何形状以及具体应用的要求。
热镶嵌
冷镶嵌
研磨和抛光
对于微观评估而言，无划痕且无损伤的表面至关重要。这是通过一系列研磨和抛光步骤实现的，使用越来越细的磨料逐渐去除材料并消除表面变形。
研磨是初始步骤，使用位于硬纸或磨盘上的较粗磨料颗粒去除切割损伤，并形成平整均匀的表面。抛光随后进行，使用更细的磨料来细化表面并产生适合显微镜观察的镜面效果。抛光通常在布料上进行，磨料以悬浮液的形式添加，其中包含诸如金刚石或胶体二氧化硅之类的颗粒。
研磨和抛光通常在手动或自动制备系统上进行，样品被压在旋转表面上。耗材（砂纸、抛光布和悬浮液）的选择取决于材料。例如，像铝这样的软金属所需的耗材与脆性陶瓷或硬钢不同。
腐蚀
在许多情况下，仅研磨和抛光就足以制备用于显微镜分析的样品。然而，当抛光表面缺乏足够的对比度时，可以使用腐蚀剂处理样品以增强微观结构特征的可见度。
腐蚀是将化学或热处理施加于表面，从而有选择地侵蚀不同的晶粒、相或微观结构成分。这种可控的侵蚀增强了对比度，使得诸如晶界、相差异或沉淀物之类的特征在显微镜下更易于区分。
腐蚀剂的选择取决于材料以及所要研究的具体特征。腐蚀操作必须谨慎进行，因为腐蚀过度或腐蚀不足都会使重要细节模糊不清或带来假象。
如何对金相制备后的样品进行分析？
根据应用需求和所需细节程度的不同，会采用不同的显微镜技术。然而，在采用显微镜方法之前，使用肉眼或低倍放大镜（约 10 倍以下）进行宏观检查，就已经能够提供有用的信息。这种方法常用于检查表面质量、焊缝、裂纹或整体结构特征，在失效分析和质量控制中是很有价值的第一步。
光学显微镜技术
这是金相学中常见的方法。利用反射光和最高可达1000倍的放大倍数，光学显微镜能够揭示晶粒结构、相、孔隙率和缺陷。它被广泛用于质量检测和常规材料表征。
扫描电子显微镜(SEM)
扫描电子显微镜（SEM）具有更高的放大倍数和景深。它非常适合分析细微特征、断口表面以及成分（与能谱仪EDS结合使用时）。扫描电子显微镜可用于未经蚀刻或已蚀刻的样品，是研究和失效分析中的首选方法。
SEM中使用的一种更先进的技术是EBSD(电子背散射衍射），它能绘制出样品表面的晶体学取向图。该技术对于研究晶粒结构、相识别和材料织构很有价值，但需要抛光极好、无变形的表面。
硬度测试
除了成像技术外，硬度测试在材料学中也起着至关重要的作用，因为它能揭示材料的强度和塑性变形行为。它通常与微观结构分析结合使用，以更全面地了解材料特性。
硬度测试是通过使用规定的压头施加受控的力，然后测量在材料表面留下的压痕的尺寸或深度，以此来计算硬度值。
有多种标准化的方法，如维氏硬度、努氏硬度和布氏硬度，它们在压头几何形状、施加的载荷以及压痕的评估方式上有所不同。有关硬度测试的更详细信息，我们推荐您访问我们专门针对此主题的网页。
总结
金相学不仅仅是实验室中的一个程序：它是从微观层面理解材料的关键工具。通过仔细地对样品进行切割、镶嵌、研磨和抛光的准备，并使用适当的显微镜技术评估所揭示的微观结构，金相学为金属、陶瓷、聚合物和复合材料的结构和性能提供了重要的见解。对于任何从事材料科学的人来说，金相学提供了一种将显微镜下所见与材料在现实世界中的表现相联系的方法。
金相 / 材相 - 常见问题
金相学是什么？它有什么用途？
金相学是对材料微观结构的研究。它通常包括制备样品，然后在显微镜下进行观察。通过这种方式，金相学能够揭示诸如晶粒大小、相和夹杂物等细节，这些对于理解材料的性能和特性至关重要。金相学在工业和研究领域都有多种用途。常见的用途包括质量控制（检查材料或部件是否正确加工）、失效分析（确定部件为何损坏或退化）、材料研发（通过理解结构与性能的关系来设计或改进材料）以及验证是否符合材料规格和标准。
如何制备金相试样？
制备金相试样涉及几个关键步骤。首先，从较大的部件上切割出包含感兴趣区域的试样。然后将该试样镶嵌在稳定的介质（如树脂）中，以便于操作。接下来，通过一系列逐渐变细的磨料对试样表面进行研磨和抛光，直至其极其光滑且具有反射性。通常，抛光后的表面会用化学溶液进行蚀刻，以显示微观结构特征。制备完成后，试样可在显微镜下进行观察。
在金相学中使用哪些设备?
金相学通常需要一系列专业设备。关键设备包括用于样品切割的精密切割机、用于镶嵌试样的镶嵌机，以及配有研磨盘和抛光布的研磨/抛光机来制备样品表面。样品制备好后，使用显微镜进行检查：光学显微镜用于常规分析，可能还需要扫描电子显微镜（SEM）进行更高倍率和更深入的分析。此外，如果对机械性能感兴趣，会使用硬度计来测量硬度。在我们的网页上，您可以找到适合您特定需求的机器和耗材。