$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Materiaalografie is een methode voor microscopische structuurbeeldvorming en analyse van structurele componenten van vaste materialen. Kwantitatieve beeldanalysemethoden, zoals X-ray tomografie, zijn nuttig om verschillende microstructuren te karakteriseren.
Deze benaderingen omvatten echter vaak dure instrumentatie. Optisch microscoop-gebaseerde materiaalografie is een betaalbare alternatief om vaste materialen te bestuderen. In een eerder video over materiaalografie behandelden we het onderwerp monstervoorbereiding voor optische materiaalografie.
Deze video zal nu illustreren hoe de beelden van het voorbereide monster te analyseren, met behulp van de principes van statistische methoden en kwantificering van de driedimensionale structuur van een vast materiaal.
Vanuit optische materiaalografie worden beelden geanalyseerd volgens drie hoofdkenmerken: porositeit, korreldichtheid en effectieve dichtheid.
Laten we eerst de porositeit bekijken. Dit is gedefinieerd als de fractie van het volume van een materiaal dat niet bezet is door atomen. Dit lege deel in een materiaal bepaalt zijn mechanische, elektrische en optische eigenschappen. Het beïnvloedt ook de doorlaatbaarheid. Statistisch wordt de porositeit geschat op een representatief tweedimensionaal segment van een monster, door het lege gebied genormaliseerd door het totale afgebeelde gebied. Door meerdere beelden van hetzelfde monster te analyseren, verkrijgt men het gemiddelde lege gebied van een monster. Evenzo, door de beelden rasteren, geeft het gemiddelde aantal punten, of pixels, in het lege gedeelte, genormaliseerd door het totale aantal meetpunten, de gemiddelde lege punten van een monster.
Het tweede kenmerk van polykristallijne materialen is de korreldichtheid. Met een rasterbeeld wordt dit geschat door het aantal kruisingen van een korrel met testlijnen te kwantificeren. Het gemiddelde aantal kruisingen voor alle beelden is indicatief voor de gemiddelde laterale dimensie van een kristallijne korrel. Voor materialen met hoge porositeit kan de gemiddelde korreldichtheid ook worden gevonden door de gemiddelde porositeit.
Het derde kenmerk is de effectieve dichtheid. Dit houdt rekening met het volume van poriën in een materiaal en de globale dichtheid van het materiaal. Hier kan de porositeit worden gedefinieerd door de parameters A of P. We zullen nu zien hoe deze drie kenmerken te analyseren op beelden verkregen uit optische materiaalografie.
De kwantitatieve analyse van optische materiaalografie beelden vereist de vereiste procedure van monstervoorbereiding. Raadpleeg de video materiaalografie deel een voor het juiste monstervoorbereidingsprotocol in vier stappen: snijden, monteren, polijsten en etsen.
Beschouw nu het voorbereide monster van een toroidale inductorkern monster. Meerdere beelden van hetzelfde monster zijn nodig om de optische materiaalografie analyse uit te voeren.
Gebruik een digitaal analysesoftware waarbij pixels kunnen worden gecategoriseerd op basis van hun helderheid en dienovereenkomstig geteld. Als dit niet beschikbaar is, kan de analyse met de hand worden gedaan. Identificeer de lege gebieden. Selecteer onder Analyse in het menu Instelling Schaal en kies de afstand in pixels. Selecteer vervolgens Afbeelding, Type en 8-bits om het beeld in grijstinten te veranderen. In het Proces menu, selecteer Binair en Maak Binair om het contrast van uw afbeelding te maximaliseren. Kies tenslotte Analyse Deeltjes uit het Analyse menu om het lege gebied in micrometer eenheden te meten.
Neem de som van de lege gebieden en normaliseer deze door het totale afgebeelde gebied om de parameter A te verkrijgen. Herhaal dit voor alle beelden om de gemiddelde parameter A te verkrijgen. Vervolgens, plaats een raster op het beeld. De kruispunten zijn de meetpunten. Tel het aantal meetpunten. Identificeer porositeitsgebieden en tel het totale aantal meetpunten binnen deze gebieden. Normaliseer door het totale aantal meetpunten om de parameter P te verkrijgen.
Herhaal de berekening voor alle beelden om de gemiddelde parameter P en de steekproef fout delta te schatten, waarbij sigma de standaardafwijking is, n het aantal beelden is, X-I het monster I is, en U het gemiddelde van de steekproef is.
In de tweede stap van de analyse, identificeer grenzen tussen aangrenzende korrels, en superponeer vervolgens een set horizontale testlijnen op het beeld. Tel het aantal kruisingen tussen de testlijnen en de korrelgrenzen en evalueer de parameter I-L.
Herhaal deze stap door de lijnen 90 graden te draaien. Herhaal vervolgens voor alle beelden. Bereken de gemiddelde onderscheppingskorrelgrootte in de horizontale richting en verticale richting. Ten slotte kan de korrelgrootte worden geschat.
Ten slotte, draai de lijnen met 30 graden en 60 graden en vergelijk met eerdere verticale en horizontale gevallen. Observeer de korrelvorm en de voorkeursoriëntatiehoek. Dit is een indicatie van het anisotropieniveau van het monster.
Kwantitatieve analyse van microscopische structuur van vaste materialen met optische microscopie is nuttig voor verschillende toepassingen. De studie van korrelgrootte en -vorm in mineralen draagt bij aan het begrip van rotsvorming onder extreme omstandigheden.
Om deze reden blijkt materiaalografische analyse een nuttige methode voor planetaire exploratie. Polykristallijne monsters kunnen verschillende oriëntaties van hun korrels vertonen. Bijvoorbeeld, in legeringen die worden gebruikt voor oliepijpleidingen, beïnvloedt de oriëntatieverdeling direct de axiale en transversale mechanische sterkte van deze legeringen.
Materiaalografie wordt routinematig gebruikt om de kwaliteit van legeringen die dienen om oliepijpleidingen te bouwen te verifiëren.
Je hebt zojuist Jove's introductie tot optische materiaalografie bekeken. Je zou nu de principes van beeldanalyse moeten begrijpen die worden gebruikt om de microscopische structuren van vaste stoffen te onderzoeken. Je zou ook moeten weten hoe je porositeit, korrelgrootte en dichtheid voor verschillende materialen kunt bepalen.
Bedankt voor het kijken.