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La materialografia è un metodo per l'imaging microscopico della struttura e l'analisi dei componenti strutturali dei materiali solidi. I metodi di analisi quantitativa delle immagini, come la tomografia a raggi X, sono utili per caratterizzare varie microstrutture.
Tuttavia, questi spesso comportano una strumentazione costosa. La materialografia basata sul microscopio ottico è un'alternativa economica per studiare i materiali solidi. In un precedente video sulla materialografia, abbiamo trattato il tema della preparazione dei campioni per la materialografia ottica.
Questo video illustrerà ora come analizzare le immagini del campione preparato, utilizzando i principi dei metodi statistici e della quantificazione della struttura tridimensionale di un materiale solido.
Dalla materialografia ottica, le immagini vengono analizzate in base a tre caratteristiche principali: porosità, densità dei grani e densità effettiva.
Diamo prima un'occhiata alla porosità. È definito come la frazione del volume di un materiale che non è occupato dagli atomi. Questa parte vuota in un materiale ne determina le proprietà meccaniche, elettriche e ottiche. Influisce anche sulla sua permeabilità. Statisticamente, la porosità è stimata su una fetta bidimensionale rappresentativa di un campione, dall'area del vuoto normalizzata dall'area totale dell'immagine. Analizzando più immagini dello stesso campione, si ottiene l'area vuota media di un campione. Allo stesso modo, rasterizzando le immagini, il numero medio di punti, o pixel, linea nel vuoto, normalizzato dal totale dei punti della sonda, fornisce i punti vuoti medi di un campione.
La seconda caratteristica dei materiali policristallini è la densità dei grani. Prendendo un'immagine rasterizzata, viene stimata quantificando il numero di intersezioni di una grana con linee di prova. Il numero medio di intersezioni per tutte le immagini è indicativo della dimensione laterale media di un grano di cristallo. Per i materiali ad alta porosità, la densità media dei grani può essere trovata anche attraverso la porosità media.
La terza caratteristica è la densità effettiva. Questo tiene conto del volume dei pori in un materiale e della densità globale del materiale. Qui la porosità può essere definita dai parametri A o P. Vedremo ora come analizzare queste tre caratteristiche su immagini ottenute dalla materialografia ottica.
L'analisi quantitativa delle immagini di materialografia ottica richiede la procedura preliminare di preparazione del campione. Si prega di fare riferimento alla prima parte della video-materialografia per il protocollo di preparazione del campione appropriato in quattro fasi: taglio, montaggio, lucidatura e incisione.
Consideriamo ora il campione preparato di un campione di nucleo di induttore toroidale. Per eseguire l'analisi della materialografia ottica sono necessarie più immagini dello stesso campione.
Utilizza un software di analisi digitale in cui i pixel possono essere classificati in base alla loro luminosità e contati di conseguenza. Se non disponibile, l'analisi può essere eseguita a mano. Identificare le aree vuote. In Analizza nel menu, seleziona Imposta scala e scegli la distanza in pixel. Quindi selezionare Immagine, Tipo e 8 bit per modificare l'immagine in scala di grigi. Nel menu Processo, selezionare Binario e Rendi binario per massimizzare il contrasto dell'immagine. Infine, scegli Analizza particelle dal menu Analizza per misurare l'area vuota in unità micrometriche.
Prendi la somma delle aree vuote e normalizzala per l'area totale dell'immagine per ottenere il parametro A. Ripeti per tutte le immagini per ottenere il parametro medio A. Quindi, sovrapponi una griglia all'immagine. I punti di intersezione sono i punti di prova. Conta il numero di punti di test. Identifica le aree di porosità e conta il numero totale di punti di prova al loro interno. Normalizzare in base al numero totale di punti di test per ottenere il parametro P.
Ripetere il calcolo per tutte le immagini per stimare il parametro medio P e il delta dell'errore di campionamento, dove sigma è la deviazione standard, n è il numero di immagini, X-I è il campione I e U è la media del campione.
Nella seconda fase dell'analisi, identificare i confini tra i grani vicini, quindi sovrapporre una serie di linee di prova orizzontali sull'immagine. Contare il numero di intersezioni tra le linee di prova e i bordi della fibratura e valutare il parametro I-L.
Ripeti questo passaggio ruotando le linee di 90 gradi. Quindi ripetere per tutte le immagini. Calcolare la granulometria media dell'intercetta in direzione orizzontale e verticale. Finalmente la granulometria può essere stimata.
Infine, ruota le linee di 30 gradi e 60 gradi e confrontale con i precedenti casi verticali e orizzontali. Osservare la forma della grana e l'angolo di orientamento preferito. Questa è un'indicazione del livello di anisotropia del campione.
L'analisi quantitativa della struttura microscopica dei materiali solidi con la microscopia ottica è utile per varie applicazioni. Lo studio della granulometria e della forma dei minerali contribuisce alla comprensione della formazione delle rocce in condizioni estreme.
Per questo motivo l'analisi materialografica si rivela un metodo utile per l'esplorazione planetaria. I campioni policristallini possono mostrare varie orientazioni dei loro grani. Ad esempio, nelle leghe utilizzate per gli oleodotti, la funzione di distribuzione orientativa influenza direttamente la resistenza meccanica assiale e trasversale di queste leghe.
La materialografia viene utilizzata abitualmente per verificare la qualità delle leghe che servono a costruire oleodotti.
Avete appena visto l'introduzione di Giove alla materialografia ottica. A questo punto è necessario comprendere i principi dell'analisi delle immagini utilizzati per studiare le strutture microscopiche dei solidi. Dovresti anche sapere come determinare la porosità, la granulometria e la densità per diversi materiali.
Grazie per l'attenzione.