Световая микроскопия алюминия

Световая микроскопия является основным инструментом для микроструктурных исследований алюминиевых сплавов. Она также всегда применяется перед тем, как применять более трудоемкую и дорогую электронную оптику.

Что видит оптический микроскоп?

Световая микроскопия алюминиевых сплавов «работает» до увеличения 1500х, при котором можно рассмотреть детали размером до 0,1 мкм. Световая микроскопия различает большинство частиц вторичных фаз при их достаточно большом размере (более 1 мкм), показывает:

  • размер и распределение растворимых частиц,
  • зеренную или кристаллическую структуру матрицы алюминиевого твердого раствора.

Световой микроскоп выявляет такие микроскопические характеристики, как:

  • толщина покрытия или диффузии,
  • тип и глубину коррозионного повреждения,
  • подплавление низкоплавких компонентов сплава при перегреве,
  • наличие посторонних металлических включений или нежелательных грубых интерметаллических частиц.

Световой микроскоп не способен показывать частицы выделения упрочняющих фаз, а также он «не видит» дислокаций и их структуры. Иногда применяют особое травление и другую подготовку образцов для проявления эффектов, которые дают возможность делать некоторые заключения об этих «невидимых» характеристиках. Вообще говоря, исследование этих «невидимок» — прерогатива электронной микроскопии.

Алюминиевые фазы под световым микроскопом

Идентификация различных фаз — химических элементов или интерметаллидов — является важной задачей световой микроскопии алюминиевых сплавов. Эти фазы являются продуктами равновесных или неравновесных реакций и могут изменяться внутри данного сплава в зависимости от условий литья, механической или термической обработки.

Химический состав этих фаз связан с равновесными и неравновесными диаграммами состояния для двойных, тройных, четверных и даже более сложных систем. Кристаллическая структура и химический состав этих фаз известен и задача состоит в том, чтобы идентифицировать их по их оптическим характеристикам или по поведению при травлении различными травителями.

Для нестандартных образцов или, когда существуют сомнения в достоверности данных световой микроскопии, ее дополняют или заменяют электронной микроскопией, которая позволяет более точно производить идентификацию различных фаз в алюминиевых сплавах.

Световая микроскопия деформируемых алюминиевых сплавов

Изделия из деформируемых алюминиевых сплавов так или иначе производят из литых слитков. Эти исходные слитки подвергаются механической и термической обработкам, которые вносят изменения в исходную литейную структуру. Эти изменения обычно относительно не велики для больших изделий, получаемых методами горячей деформации, таких как поковки, толстые плиты и массивные прессованные изделия. Изменения структуры становятся более заметными с увеличением вытяжки при горячей и холодной обработке изделий, а также при применении различных видов термической обработки, таких как отжиг или закалка на твердый раствор.

Видимые изменения микроструктуры алюминиевых сплавов включают следующие:

  • Изменение химического состава и кристаллической структуры фаз вследствие перитектических реакций, которые были подавлены в ходе  литья исходных слитков.
  • Растворение наиболее растворимых фаз, а также сфероидизация и коалесценция фаз вследствие стремления снижению их поверхностной энергии.
  • Выделение при повышенной температуре элементов, которые находились в пересыщенном растворе литейной структуры.
  • Механическая фрагментация хрупких интерметаллических частиц и вытягивание этих частиц вдоль главных направлений горячей или холодной механической обработки.
  • Деформация исходной литой зеренной структуры и последующие процессы возврата и рекристаллизации.

Категории и группы алюминиевых сплавов

Как известно, деформируемые алюминиевые сплавы делятся на семь основных групп (серий, классов) в соответствии с их основными легирующими элементами. Каждая из этих групп имеет свои типы микроструктуры.

Эти семь групп алюминиевых сплавов объединяются, в свою очередь, в две категории в зависимости от того, поддаются они термическому упрочнению или нет:

  • сплавы серий 2ххх, 6ххх и 7ххх — термически упрочняемые,
  • сплавы серий 1ххх, 3ххх, 4ххх и 5ххх — термически неупрочняемые.

Эти категории алюминиевых сплавов тоже имеют свои общие особенности при их наблюдении под световым микроскопом.

Источник: Aluminum: Properties and Physical Metallurgy — ed. John E. Hatch — American Society for Metals — http://www.asminternational.org — 1984