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Matériographie optique Partie 2 : Analyse d'images

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La matériographie est une méthode d'imagerie et d'analyse microscopiques des composants structurels des matériaux solides. Les méthodes quantitatives d'analyse d'image, telles que la tomographie par rayons X, sont utiles pour caractériser des microstructures variées.

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

Cette vidéo illustrera maintenant 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 matériographie optique, les images sont analysées en fonction de 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 est inoccupé par les atomes. Cette partie vide dans un matériau détermine ses propriétés mécaniques, électriques et optiques. Il affecte également sa perméabilité. Statistiquement, la porosité est estimée sur une tranche bidimensionnelle représentative d'un échantillon, par la zone vide normalisée par la surface d'image totale. En analysant plusieurs images d'un même échantillon, on obtient la surface vide moyenne d'un échantillon. De même, en rassinant les images, le nombre moyen de points, ou pixels, ligne dans vide, normalisé par le total des points de sonde, donne les points vides moyens d'un échantillon.

La deuxième caractéristique des matériaux polycrystallest est la densité du grain. En prenant une image rasterisée, on estime qu'il quantifie le nombre d'intersections d'un grain avec des lignes d'essai. Le nombre moyen d'intersections pour toutes les images est révélateur de la dimension latérale moyenne d'un grain de cristal. Pour les matériaux à haute porosité, la densité moyenne du grain peut également être trouvée par la porosité moyenne.

La troisième caractéristique est la densité effective. Cela tient compte du volume de pores dans un matériau, et de la densité globale du matériau. Ici, la porosité peut être définie par les paramètres A ou 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 prérequise de préparation de l'échantillon. Veuillez consulter la première partie de la matériographie vidéo pour le protocole approprié de préparation de l'échantillon en quatre étapes : découpage, montage, polissage et gravure.

Examinons maintenant l'échantillon préparé d'un échantillon de noyau d'inducteur toroïdal. Plusieurs images d'un même échantillon sont nécessaires pour effectuer l'analyse de matériographie optique.

Utilisez un logiciel d'analyse numérique où les pixels peuvent être classés en fonction de leur luminosité et comptés en conséquence. Si elle n'est pas disponible, l'analyse peut être effectuée à la main. Identifiez les zones vides. Sous Analyse dans le menu, sélectionnez Échelle de set et choisissez la distance en pixels. Sélectionnez ensuite Image, Type et 8 bits pour changer l'image en échelle grise. Dans le menu Processus, sélectionnez Binaire et Make Binary pour maximiser le contraste de votre image. Enfin, choisissez Analyze Particles dans le menu Analyze pour mesurer la zone vide en unités micrométriques.

Prenez la somme des zones vides et normalisez-la par la zone image totale pour obtenir le paramètre A. Répétez pour toutes les images pour obtenir le paramètre A moyen. Ensuite, recenser une grille sur l'image. Les points d'intersection sont les points d'essai. Comptez le nombre de points d'essai. Identifiez les zones de porosité et comptez le nombre total de points d'essai à l'intérieur d'elles. Normaliser par le nombre total de points d'essai pour obtenir le paramètre P.

Répétez le calcul pour toutes les images pour estimer le paramètre moyen P et le delta d'erreur d'échantillonnage, où le sigma est l'écart standard, 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, identifier les limites entre les grains voisins, puis superposer un ensemble de lignes d'essai horizontales sur l'image. Comptez le nombre d'intersections entre les lignes d'essai et les limites du grain et évaluez le paramètre I-L.

Répétez cette étape en faisant pivoter les lignes de 90 degrés. Répétez ensuite pour toutes les images. Calculer la taille moyenne du grain d'interception dans la direction horizontale et la direction verticale. Enfin, la taille du grain 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 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 rocheuse dans des conditions extrêmes.

Pour cette raison, l'analyse matériographique s'avère être une méthode utile pour l'exploration planétaire. Les échantillons de polycrystalline peuvent montrer diverses orientations de leurs grains. Par exemple, dans les alliages utilisés pour les oléoducs, la fonction de distribution orientationnelle 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 Jove à la matérialographie optique. Vous devez maintenant comprendre les principes de l'analyse d'image utilisés pour étudier les structures microscopiques des solides. Vous devez également savoir comment déterminer la porosité, la taille du grain et la densité pour différents matériaux.

Merci d'avoir regardé.

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