Оптическая материалография Часть 2: Анализ изображений

Материалография — это метод микроскопической визуализации структуры и анализа структурных компонентов твердых материалов. Методы количественного анализа изображений, такие как рентгеновская томография, полезны для характеристики различных микроструктур.

Однако для этого часто требуются дорогостоящие контрольно-измерительные приборы. Материалография на основе оптического микроскопа является доступной альтернативой исследованию твердых материалов. В предыдущем видео по материалографии мы рассмотрели тему подготовки образцов для оптической материалографии.

В этом видео теперь будет показано, как анализировать изображения подготовленного образца, используя принципы статистических методов и количественной оценки трехмерной структуры твердого материала.

С помощью оптической материалографии изображения анализируются по трем основным характеристикам: пористости, плотности зерен и эффективной плотности.

Давайте сначала посмотрим на пористость. Он определяется как доля объема материала, который не занят атомами. Эта пустая часть в материале определяет его механические, электрические и оптические свойства. Это также влияет на его проницаемость. Статистически пористость оценивается на репрезентативном двумерном срезе образца по площади пустоты, нормализованной на общую отображаемую площадь. Анализируя несколько изображений одного и того же образца, можно получить среднюю площадь пустоты образца. Аналогичным образом, при растеризации изображений среднее количество точек, или пикселей, линий в пустоте, нормализованное по общему количеству точек зонда, дает среднее количество пустых точек выборки.

Второй характеристикой поликристаллических материалов является плотность зерен. При взятии растеризованного изображения оно оценивается путем количественной оценки количества пересечений зерна с тестовыми линиями. Среднее число пересечений для всех изображений указывает на среднюю латеральную размерность кристаллического зерна. Для материалов с высокой пористостью средняя плотность зерен также может быть найдена через среднюю пористость.

Третья характеристика – эффективная плотность. При этом учитывается объем пор в материале, а также общая плотность материала. Здесь пористость может быть определена параметрами A или P. Теперь мы увидим, как анализировать эти три характеристики на изображениях, полученных с помощью оптической материалографии.

Количественный анализ изображений оптической материалографии требует проведения необходимой процедуры пробоподготовки. Пожалуйста, обратитесь к видеоматериалографии, часть первая, чтобы ознакомиться с подходящим протоколом подготовки образцов в четыре этапа: резка, монтаж, полировка и травление.

Теперь рассмотрим подготовленный образец керна тороидальной индукторы. Для проведения оптического материалографического анализа необходимо получить несколько изображений одного и того же образца.

Используйте цифровое аналитическое программное обеспечение, в котором пиксели могут быть классифицированы в зависимости от их яркости и подсчитаны соответствующим образом. Если нет возможности, анализ можно провести вручную. Определите пустые участки. В разделе Анализ в меню выберите Задать масштаб и выберите расстояние в пикселях. Затем выберите «Изображение», «Тип» и «8-бит», чтобы изменить изображение на оттенки серого. В меню «Процесс» выберите «Двоичный» и «Сделать двоичным», чтобы максимизировать контрастность изображения. Наконец, выберите «Анализировать частицы» в меню «Анализ», чтобы измерить площадь пустот в микрометрах.

Возьмите сумму пустых областей и нормализуйте ее на общую площадь изображения, чтобы получить параметр A. Повторите для всех изображений, чтобы получить средний параметр A. Затем наложите сетку на изображение. Точки пересечения являются контрольными точками. Подсчитайте количество тестовых точек. Определите участки пористости и подсчитайте общее количество контрольных точек внутри них. Нормализуем по общему количеству контрольных точек, чтобы получить параметр P.

Повторите расчет для всех изображений, чтобы оценить средний параметр P и дельту ошибки выборки, где sigma — стандартное отклонение, n — количество изображений, X-I — выборка I, а U — среднее значение выборки.

На втором этапе анализа определите границы между соседними зернами, а затем наложите на изображение набор горизонтальных тестовых линий. Подсчитаем количество пересечений между тестовыми линиями и границами зерен и оценим параметр I-L.

Повторите этот шаг, повернув линии на 90 градусов. Затем повторите для всех изображений. Рассчитайте средний размер зерна пересечения в горизонтальном и вертикальном направлениях. Наконец, можно оценить размер зерна.

Наконец, поверните линии на 30 градусов и 60 градусов и сравните с предыдущими вертикальными и горизонтальными случаями. Обратите внимание на форму волокон и предпочтительный угол ориентации. Это показатель уровня анизотропии образца.

Количественный анализ микроскопической структуры твердых материалов с помощью оптической микроскопии полезен для различных применений. Изучение размера и формы зерен минералов способствует пониманию формирования горных пород в экстремальных условиях.

По этой причине материалографический анализ оказывается полезным методом для исследования планет. Поликристаллические образцы могут иметь различную ориентацию своих зерен. Например, в сплавах, используемых для нефтепроводов, функция ориентационного распределения напрямую влияет на осевую и поперечную механическую прочность этих сплавов.

Материалография обычно используется для проверки качества сплавов, которые служат для строительства нефтепроводов.

Вы только что посмотрели введение Юпитера в оптическую материалографию. Теперь вы должны понять принципы анализа изображений, используемых для исследования микроскопических структур твердых тел. Вы также должны знать, как определить пористость, размер зерна и плотность для различных материалов.

Спасибо за просмотр.