Структурные методы исследований

Они заключаются в исследовании структуры, под которой понимают форму, размеры и характер взаимного расположения фаз, образующих металлы и сплавы. В зависимости от величины объема металла, одновременно изучаемого при структурном анализе, различают макроскопический, микроскопический и рентгеноструктурный анализы.

Макроскопический анализ (или макроанализ) заключается в изучении структуры металла невооруженным глазом или при небольших увеличениях (до 30 раз). В этом случае структуру называют макроструктурой. Чаще всего для ее изучения подготовленный образец шлифуют, а затем подвергают травлению (воздействию) различными реактивами, чаще всего растворами кислот. Объект для макроанализа называют темплетом или макрошлифом.

Микроскопический анализ заключается в изучении структуры при достаточно больших увеличениях. В этом случае структуру называют микроструктурой. Применяются два метода микроанализа: изучение микроструктуры с помощью оптического микроскопа и электронного микроскопа. Подготовленный образец называется микрошлифом. Его подготовка состоит из ряда операций, включающих шлифование и полирование до получения зеркальной поверхности. Это необходимо для обеспечения наибольшей отражательной способности, т.к. металл, как непрозрачное тело, рассматривается под микроскопом в отраженном свете. Такой микрошлиф обычно изучают под микроскопом дважды: первый раз – непосредственно после полирования. В этом случае исследуются форма, размеры и количество неметаллических включений, раковины, поры и др. микродефекты. Для обнаружения структуры микрошлиф после полирования подвергают травлению, т.е. воздействию различных реактивов. Например, для выявления структуры сталей и чугунов шлиф травят в 4%-ном растворе азотной кислоты в спирте. Микроструктура показывает зерновую структуру, форму и размеры структурных составляющих. Разрешающая способность оптического микроскопа, т.е. минимальная величина объекта (элемента структуры), которая различима с его помощью, не превышает 0,2 мкм. Полезное увеличение достигает 1000 раз.

Если в качестве луча применять поток электронов, у которых длина волны значительно меньше длины волны света порядка (0,04...0,12)х10^-1нм, то разрешающая способность достигает 0,2...0,5 нм. В этом случае готовят не микрошлиф, а специальный объект – фольгу или реплику. Применяют два вида электронных микроскопов: просвечивающие (ПЭМ) и растровые (РЭМ). Структура, выявленная с применением электронного микроскопа, называется субструктурой, или тонкой структурой.

Рентгеноструктурный анализ широко используется для исследования взаимного расположения атомов в металлах. Метод основан на том, что кристаллическая решетка металлов, характеризующаяся закономерно правильным расположением атомов, является дифракционной решеткой для рентгеновских лучей. По дифракционной картине с большой точностью определяют не только взаимное расположение атомов, но и точное расстояние между ними.