Меню

Микроскопы для анализов металлов



Виды металлографических микроскопов, их особенности

Металлографический микроскоп – это оптический световой прибор для изучения непрозрачных структур в отраженном свете. Он широко применяется в металлургической и металлообрабатывающей промышленности для контроля качества сплавов и металлов.

Металлографический микроскоп – это оптический световой прибор для изучения непрозрачных структур в отраженном свете.

Современные модели представляют собой высокотехнологичные устройства, которые используют математический анализ получаемого изображения. Являются незаменимым инструментом в металлографии – одной из отраслей металловедения, которая изучает структуру металлических материалов с использованием оптических приборов.

Особенности и назначение металлографических микроскопов

Данный тип приборов широко используется в металлографических исследованиях, благодаря чему микроскопы получили другое название – металлургические или промышленные. Глубокое изучение структуры сплавов позволяет с высокой точностью определить характеристики материала. Известен как один из методов определения прокаливания стали.

Грамотная подготовка образца позволяет тщательно изучить внутреннюю структуру шлифа. Для выявления структуры используют метод травления и полирования шлифа.

С целью анализа структуры металла применяют 4–5%-й раствор азотной кислоты в этиловом спирте. После травления на поверхности образца образуется пленка, которая затрудняет исследования. Травление выполняют сразу после полирования.

После проведения подготовительных работ проводят исследование, в результате которого можно получить следующую информацию:

  1. Тип и характер дефектов в структуре металла.
  2. Структура кристаллизации (зерен) металла.
  3. Внешние качества – шероховатость и плоскость.
  4. Наличие и тип неметаллических частиц.

По сравнению с биологическими микроскопами металлографические устройства имеют более сложную конструкцию, что оказывает влияние на стоимость приборов.

Отдельного описания заслуживают объективы. Они характеризуются повышенным рабочим расстоянием и способностью эксплуатации без покровного элемента. Кроме того, данный узел параллельно выполняет функции конденсатора.

Окуляр металлографического микроскопа способен проводить только четвертую часть проходящего света (до 25%). Металлические образцы отражают очень мало света. Именно низкий коэффициент отражения является причиной повышенного уровня освещения.

Металлографические приборы представлены как прямыми, так и инвертированными моделями.

В качестве методов исследования используют различные виды освещения:

  • темное поле;
  • светлое поле;
  • поляризация;
  • ДИК (дифференциально-интерференционный контраст).

Устройство микроскопов

При работе с инвертированным металлографическим микроскопом отсутствует необходимость в фокусировке образца, поскольку вся поверхность будет находиться в поле зрения оператора. Для изучения образцов это достоинство имеет решающее значение.

Прямые модели более универсальны. Они могут быть усовершенствованы установкой мощных биноклей с увеличением до 150х, поворотной бинокулярной насадкой, имеющей широкий угол поворота (до 360º), а также устройствами промежуточного увеличения.

Для микрофотографий производят камеры для микроскопов независимо от типа конструкции.

Таким образом, инвертированные металлографические микроскопы имеют меньшую стоимость, зато прямые обладают широкими возможностями по изучению структуры.

Для исследования продукции микроэлектроники применяют инспекционные металлографические микроскопы. Они отличаются нижним расположением предметного столика микроскопа и наличием фотоаппаратуры с высоким линейным увеличением (80–100х).

Инспекционные микроскопы не предназначены для работы с иммерсией. Как правило, они комплектуются высокоапертурным фокусирующим объективом, что позволяет добиться полного увеличения 2000х.

Рассмотрим устройство металлографического микроскопа на примере модели ММ2.

Он состоит из следующих элементов:

  • колонка (1);
  • труба (2);
  • предметный столик (3);
  • осветитель (4).

Винт (5) укрепляет каретку предметного столика.

Винт (6) отвечает за вертикальное перемещение объектива с целью фокусировки.

Крепежные элементы (7) держат трубу аппарата с помощью винтов (8).

Винт (9) фиксирует сам крепежный элемент, выполненный в виде рожек.

Окуляр на схеме обозначен цифрой 11.

На переходной штанге (12) крепится осветитель. Винтом (13) штанга крепится к колонке, а винтом (14) к ней присоединяется осветитель. Источник света работает от безопасного напряжения 12В. Винтом (15) выполняют вертикальную фокусировку положения осветителя, а винтом (16) – горизонтальную. Изучаемый образец (17) устанавливают на предметный столик, подготовленной (шлифованной и протравленной) стороной вниз, после чего производят вертикальную фокусировку объектива.

Сферы применения оборудования

  • минералогия;
  • криминалистика;
  • геологические исследования;
  • археология;
  • микроэлектроника.

А также прочие области, в которых требуется глубокое изучение структуры материала.

Чем могут отличаться микроскопы друг от друга

Современная оптическая промышленность предлагает пользователям широкий выбор устройств. Рассмотрим основные типы микроскопов:

Читайте также:  Удалить краску с металла жидкостью

  1. Монокулярный. Наверняка многие видели простейшие модели на школьных уроках биологии и химии. Основное предназначение – поверхностное изучение различных образцов в лабораторных условиях.
  2. Бинокулярные. Более продвинутая модель для анализа образцов под действием проходящих лучей в светлом поле. Отличаются глубокой контрастностью и большим уровнем увеличения. Существует множество насадок, призванных повысить заводские характеристики. Данные модели можно встретить в различных медицинских учреждениях.
  3. Тринокулярные. Современные устройства для глубокого изучения структуры материалов. Тринокулярные стереоскопические микроскопы применяют для реализации методов флуоресцентных исследований в различных сферах деятельности.
  4. Специальные. Выпускаются под определенные задачи в конкретных лабораторных условиях. Могут иметь любой тип конструкции.
  5. Цифровые микроскопы. Еще один продукт современных технологий. В основе действия лежит метод анализа изображений, полученных с помощью цифровой аппаратуры. Комплект оборудования состоит из микроскопа и компьютера. Требует специального программного обеспечения.

Цены на распространенные модели в России

Наиболее популярным представителем бюджетных моделей является «Микромед» ПОЛАР-1. По состоянию на декабрь 2018 года его стоимость составляет 150 тыс. рублей.

Средняя ценовая категория представлена металлографическим аппаратом «Микромед» МЕТ-2 по цене 258 тыс. рублей. Профессиональное устройство «Микромед» МЕТ-3 обойдется в 500 тыс. рублей.

Металлографический микроскоп – надежный инструмент для анализа структуры различных металлов, способный выявить даже незначительные дефекты. А вы когда-нибудь участвовали в исследовании металла с помощью металлографических приборов? Поделитесь своими впечатлениями в блоке комментариев.

Источник

Устройство металлографического микроскопа

Проводить наблюдение и исследование непрозрачных объектов в отраженном свете, а также их фотографирование сегодня возможно с использованием металлографического микроскопа. Устройство металлографического микроскопа состоит из двух систем – окуляра и объектива, которые представлены тремя системами: осветительной, механической и оптической. Более детально остановимся на каждой из них.

  1. Осветительная система в микроскопе представлена лампой накаливания, линзами (они предназначены и используются для снижения рассеивания лучей света и улучшения качества полученного изображения), фильтрами (устраняют лучи определенной волны, повышая четкость получаемого изображения) и диафрагмой (ее предназначение в микроскопе связано с ограничением сечения луча света и регуляцией интенсивности освещения).
  2. Что касается механической системы, то она представлена корпусом, предметным столиком с микрошлифом и тубусом с винтами, которые позволяют смещать предметный столик по горизонтали. Ну и, конечно же, оптическая система. На ее долю приходится основная роль и функция в микроскопе, ведь от того, какая оптика используется, будет зависеть качество получаемого результата.
  3. Оптическая система представлена в микроскопе двумя преломляющими призмами, зеркалом, объективами и окулярами с фотокамерой, что позволяет делать снимки и сохранять их.

Металлографический микроскоп — принцип работы

Прежде чем приступать к работе на металлографическом микроскопе, хотелось бы, чтобы каждый знал последовательность действий, что позволит существенно продлить продолжительность его функционирования и поможет получить качественное изображение. Итак, исследуемый предмет помещают на середину предметного стекла так, чтобы полированная поверхность его была обращена непосредственно к самому объективу. После того, как объектив размещен, подсоединяют микроскоп к сети, при этом регулируют тот накал освещения, который требуется в конкретном случае. После установления необходимого освещения, с помощью винта производят фокусировку, поднимая или опуская предметный столик на определенную высоту. Во время всего этого исследователь проводит наблюдение в окуляры. Используя все микровинты, регулируя уровень диафрагмы и перемещая светофильтры, удается получить качественное изображение, при этом глаза не напрягаются и можно комфортно проводить исследование.

Схема металлографического микроскопа представлена в виде рисунка чуть ниже.

Используя металлографические микроскопы, вначале проводится анализ и исследование нетравленного шлифта, где определяются разного рода дефекты, патологические включения и удается идентифицировать присутствие графита в чугуне. После изучения нетравленного шлифта, исследователь приступает к исследованию протравленного шлифта, где дается полностью изучить и проанализировать строение металлов и сплавов.

Петрографический и металлографический микроскопы активно применяют в отраслях, где проводится анализ и изучение разного рода металлов. Использование его дает возможность формировать конфигурацию размещения зерен металлов в отраженном свете, выявлять в металлах патологические включения и инородных частиц, а также оценивать свойства и особенности поверхностного слоя.

Читайте также:  Современные технологии литья металла

Основная функция микроскопа направлена на обработку параметров излучения от поверхности исследуемого объекта.

При выборе микроскопа очень важно обращать внимание на основные его характеристики – это окуляр и объектив. При изучении объектива микроскопа важно знать:

  • какая кратность в нем увеличения (от 11 до 30 в светлом и от 30 до 90 в темном поле)
  • численная апертура (0.7 – 1.3)
  • фокусное расстояние (от 2.4 мм до 23 мм)
  • свободное расстояние (от 0.13 до 5.4).

А вот при характеристике окуляра очень важно обращать внимание на:

  • фокусное расстояние
  • линейное расстояние.

Петрографический, или как его еще называют, поляризационный микроскоп, помимо предметного столика имеет поляризующий фильтр и анализатор (поляризатор расположен под предметным столиком, а анализатор в тубусе выше объектива). Основное назначение данного микроскопа направлено на изучение различных пород и минералов в тонких срезах.

Использование металлографического микроскопа в металлургии и металлообрабатывающей промышленности для контроля за качеством сплавов и металлов в последнее время стало настолько актуальным и распространенным, ведь благодаря такому микроскопу удается изучать все непрозрачные структуры в свете, отраженном от них. Благодаря развитию и усовершенствованию моделей микроскопа удается сразу получить анализ изображения математический. Такие микроскопы являются одним из важных атрибутов в сфере металлографии. Данная отрасль в металловедении подразумевает в себе детальное изучение структуры металлических материалов с помощью целого набора оптических приборов. Именно благодаря таким микроскопам удается полностью провести анализ и исследование структуры разных металлов, их сплавов, изучить полностью структуру металлов и шлифта. После обработки сплавов, объект подлежит исследованию, которое позволяет оценить тип и наличие и характер дефекта в металле, структуру металла, а также его плоскость и шероховатость.

Металлографический микроскоп: типы и виды

По типу метода исследования различают металлографические микроскопы:

  • прямые: конструкции данного вида имеют высокую оптическую мощность, возможность наблюдения объекта под любым углом;
  • инвертированные системы: отличаются высоким разрешением, и более приемлемой ценой по сравнению с прямыми устройствами;
  • инспекционные: применяют для исследований микроэлектроники.

По типу оптической системы металлографические системы бывают: монокулярные, бинокулярные, тринокулярные, специальные и цифровые микроскопы металлографические.

По виду портативности различают стационарные (устанавливаются в лабораториях) и переносные микроскопические конструкции.

При использовании инвертированной модели микроскопа нет необходимости фокусировать образец, так как вся исследуемая поверхность материала находится в поле зрения. А вот прямые микроскопы имеют увеличение до 150 х, бинокулярную насадку, широкий угол поворота и устройства промежуточного увеличения. Из этого становится очевидным, что прямые микроскопы намного дороже инвертированных. Они между собой отличаются расположением объективов, насадкой и окуляром относительно исследуемому объекту.

Очень часто приходится прибегать к изучению продукции микроэлектроники. С этой целью используют инспекционные микроскопы металлографические, в которых предметный столик расположен снизу и есть фотоаппаратура с высоким увеличением.

Сферы применения металлографического микроскопа

Микроскоп для металлографии используется в таких основных областях:

  1. Металлургическая промышленность и машиностроение.
  2. Производства по металлообработке.
  3. Научно – исследовательская деятельность.
  4. Использование в криминалистике.
  5. Геология и археология.
  6. Применение микроскопа для электроники и микроэлектроники.

На сегодня в нашей стране существует несколько фирм производителей данных микроскопов, при этом каждая из них постоянно совершенствуется. Приобрести такой микроскоп может каждый прямо дома в интернет — магазине. Современные микроскопы имеют большое расстояние между поверхностью столика, объективом и оснащены большим ходом столика. Благодаря этому с помощью таких микроскопов удается проводить исследование крупных предметов. Помимо этого, практически все современные металлографические микроскопы оснащены фотокамерами, позволяющими фиксировать снимки и рассматривать и редактировать их на компьютере.

На сегодня нет ни одной лаборатории, которая занимается исследованием образцов металлов и изучением их свойств, металлографического микроскопа. Широкое использование в этой отрасли он получил благодаря своей универсальности, достоверности и прочности, ведь именно благодаря такому микроскопу ученые не только нашей страны, но и других стран, могут проводить анализ состава и структуры металлов, горных пород. С помощью таких микроскопов ученым удается исследовать:

  • непрозрачные объекты и полупрозрачные предметы
  • внутреннюю структуру горных пород и композитов
  • проводить точные измерения металлов, их состав, изучать поверхность и свойства.
Читайте также:  Наиболее сильно металл корродирует выберите ответ

Все микроскопы такого рода оснащены объективом под исследуемым материалом, что позволяет передвигать его, поворачивать и проводить осмотр со всех сторон. В среднем вес исследуемого образца металла не должен превышать 1000 грамм, хотя есть и модели, с помощью которых удается проводить исследование более тяжелых образцов.

На сегодня, с целью упрощения работы сотрудников лаборатории, все металлографические микроскопы поделили на цифровые и портативные, с помощью которых анализ металлов можно проводить непосредственно на месте (за пределами лаборатории).

Правила работы на микроскопе для исследования металлов

Прежде чем приступить к работе с ним, важно помнить, что такой микроскоп требует внимательного и аккуратного отношения, ведь он не просто очень хороший, он еще и дорогой. Итак, перед Вами оптический металлографический микроскоп. Внимательно проведите осмотр его наружный, посмотреть линзы (окуляр, объектив) и с помощью специальных таблиц рассчитать его увеличение. Затем, предметный столик расположить по центру с помощью винтов, расположить микрошлифт на столик таким образом, чтобы поверхность, которую предстоит исследовать, была обращена непосредственно к объективу. Сделав все это, очень важно правильно расположить микровинт — он должен быть на нуле и уже после всего этого можно смело вращать микровинтом и перемещать предметный столик, наводя резкость на исследуемом объекте. После таких исследований специалисты могут смело делать анализ о структуре, качестве и свойствах металла.

Устройство металлографического микроскопа любого типа, как теперь нам известно, состоит из источника света, конденсора, диафрагмы, пластинки, объектива, микрошлифта, призмы внутреннего отражения, окуляра, зеркала и фотоокуляра (есть во всех современных моделях). С помощью конденсора и диафрагмы происходит формирование узкого пучка света, а вот плоскопараллельная пластинка и призма обладают свойством изменять направление лучей света. Чтобы увеличить изображение необходимо воспользоваться объективом и окуляром.

Итак, все современные лаборатории и цехи имеют микроскопы для непрозрачных объектов и металлов – металлографические микроскопы. Работая с ними можно быть уверенным в качестве полученных результатов. Учитывая то, что данные микроскопы нашли свое применение в отраслях с металлами, отсюда их и второе название – металлургические или промышленные микроскопы. Благодаря глубокому изучению сплавов удается четко и точно определить все его характеристики. Если материал подготовлен и отшлифован правильно, то тогда можно четко изучить внутреннее строение шлифа. С этой целью используют полировку или травление шлифа. Для этого используют раствор азотной кислоты в спирте, обработав метал которым, на его поверхности образуется пленка, затрудняющая проведение исследование.

Используя металлографический микроскоп можно не только оценить тип и характер дефекта в металле, но и структуру его (так называемые зерна металла), оценить его поверхность, шероховатость и присутствие в металле неметаллических структур. Если необходимо осуществить фотографирование объекта, то очень важно позаботиться о хорошем источнике света, так как металлы не способны хорошо отражать свет. С целью освещения используют темное, светлое поле, поляризацию или интерференционный контраст.

Те руководители, которым очень важен результат исследований и наблюдений, четко знают, что металлографический микроскоп должен быть от хорошего и качественного производителя, иметь отличную оптическую систему с максимальным увеличением. Если есть необходимость в работе за пределами лаборатории или цеха, то в таком случае не обойтись без портативного микроскопа, свойства которого немного уступают портативному, но все-таки он обладает хорошими показателями. Особой популярностью пользуются микроскопы цифровые профессиональные, так как они обладают высокой точностью измерений и исследований, имеют высокую производительность труда позволяют минимизировать затраты на документирование исследований.

Источник