Matérialographie optique II : Analyse d'image

La matérialographie est une méthode d’imagerie microscopique de la structure et d’analyse des composants structurels des matériaux solides. Les méthodes d’analyse quantitative d’images, telles que la tomographie à rayons X, sont utiles pour caractériser des microstructures variées.

Cependant, ceux-ci impliquent souvent des instruments coûteux. La matériographie au microscope optique est une alternative abordable pour étudier les matériaux solides. Dans une précédente vidéo sur la matériographie, nous avons abordé le thème de la préparation des échantillons pour la matériographie optique.

Cette vidéo va maintenant illustrer comment analyser les images de l’échantillon préparé, en utilisant les principes des méthodes statistiques et de la quantification de la structure tridimensionnelle d’un matériau solide.

À partir de la maquatographie optique, les images sont analysées selon trois caractéristiques principales : la porosité, la densité des grains et la densité effective.

Regardons d’abord la porosité. Il est défini comme la fraction du volume d’un matériau qui n’est pas occupée par des atomes. Cette partie vide d’un matériau détermine ses propriétés mécaniques, électriques et optiques. Cela affecte également sa perméabilité. Statistiquement, la porosité est estimée sur une coupe bidimensionnelle représentative d’un échantillon, par la zone vide normalisée par la surface totale imagée. En analysant plusieurs images du même échantillon, on obtient la surface vide moyenne d’un échantillon. De même, en pixellisant les images, le nombre moyen de points, ou pixels, de ligne dans le vide, normalisé par le total des points de sonde, donne la moyenne des points de vide d’un échantillon.

La deuxième caractéristique des matériaux polycristallins est la densité des grains. À partir d’une image pixellisée, elle est estimée en quantifiant le nombre d’intersections d’un grain avec des lignes de test. Le nombre moyen d’intersections pour toutes les images est indicatif de la dimension latérale moyenne d’un grain de cristal. Pour les matériaux à haute porosité, la densité moyenne des grains peut également être trouvée à travers la porosité moyenne.

La troisième caractéristique est la densité effective. Cela prend en compte le volume des pores d’un matériau et la densité globale du matériau. Ici, la porosité peut être définie soit par les paramètres A, soit par les paramètres P. Nous allons maintenant voir comment analyser ces trois caractéristiques sur des images obtenues à partir de la matériographie optique.

L’analyse quantitative des images de matériographie optique nécessite la procédure préalable de préparation des échantillons. Veuillez vous référer à la première partie de la matériographie vidéo pour le protocole de préparation des échantillons approprié en quatre étapes : découpe, montage, polissage et gravure.

Considérons maintenant l’échantillon préparé d’un échantillon de noyau d’inducteur toroïdal. Plusieurs images du même échantillon sont nécessaires pour effectuer l’analyse de la matériographie optique.

Utilisez un logiciel d’analyse numérique où les pixels peuvent être catégorisés en fonction de leur luminosité et comptés en conséquence. S’il n’est pas disponible, l’analyse peut être faite à la main. Identifiez les zones vides. Sous Analyser dans le menu, sélectionnez Définir l’échelle et choisissez la distance en pixels. Sélectionnez ensuite Image, Type et 8 bits pour passer l’image en niveaux de gris. Dans le menu Processus, sélectionnez Binaire et Rendre binaire pour maximiser le contraste de votre image. Enfin, choisissez Analyser les particules dans le menu Analyser pour mesurer la surface du vide en unités micrométriques.

Prenez la somme des zones vides et normalisez-la par la surface totale imagée pour obtenir le paramètre A. Répétez l’opération pour toutes les images pour obtenir le paramètre moyen A. Ensuite, superposez une grille sur l’image. Les points d’intersection sont les points de test. Comptez le nombre de points de test. Identifiez les zones de porosité et comptez le nombre total de points de test à l’intérieur. Normalisez par le nombre total de points de test pour obtenir le paramètre P.

Répétez le calcul pour toutes les images afin d’estimer le paramètre moyen P et l’erreur d’échantillonnage delta, où sigma est l’écart-type, n est le nombre d’images, X-I est l’échantillon I et U est la moyenne de l’échantillon.

Dans la deuxième étape de l’analyse, identifiez les limites entre les grains voisins, puis superposez un ensemble de lignes de test horizontales sur l’image. Comptez le nombre d’intersections entre les lignes d’essai et les joints de grains et évaluez le paramètre I-L.

Répétez cette étape en faisant pivoter les lignes de 90 degrés. Répétez ensuite l’opération pour toutes les images. Calculez la taille moyenne des grains de l’ordonnée à l’origine dans le sens horizontal et le sens vertical. Enfin, la taille des grains peut être estimée.

Enfin, faites pivoter les lignes à 30 degrés et 60 degrés et comparez avec les cas verticaux et horizontaux précédents. Observez la forme du grain et l’angle d’orientation préféré. Il s’agit d’une indication du niveau d’anisotropie de l’échantillon.

L’analyse quantitative de la structure microscopique des matériaux solides avec la microscopie optique est utile pour diverses applications. L’étude de la taille et de la forme des grains dans les minéraux contribue à la compréhension de la formation des roches dans des conditions extrêmes.

Pour cette raison, l’analyse matyographique s’avère être une méthode utile pour l’exploration planétaire. Les échantillons polycristallins peuvent présenter différentes orientations de leurs grains. Par exemple, dans les alliages utilisés pour les oléoducs, la fonction de distribution d’orientation influence directement la résistance mécanique axiale et transversale de ces alliages.

La matériographie est couramment utilisée pour vérifier la qualité des alliages qui servent à construire des oléoducs.

Vous venez de regarder l’introduction de Jupiter à la matériographie optique. Vous devriez maintenant comprendre les principes de l’analyse d’images utilisés pour étudier les structures microscopiques des solides. Vous devez également savoir comment déterminer la porosité, la taille des grains et la densité de différents matériaux.

Merci d’avoir regardé.