学术干货|你要知道的金属微观分析方法

金属材料可以说是材料界最早被研究的一类材料，做为材料界元老级的“人物”，一代又一代的科研人员对其逐渐积累了丰富的研究以及测试方法。本期干货小编特意对金属材料的微观分析方法做了以下总结：（音乐响起）

1. 金相显微镜
在现代化检测日益发达的今天，在期刊中用金相显微镜对金属做微观分析已不多见。但是，在对金属材料做初步评测的时候金相显微镜还能为我们尽一点绵薄之力。
本文制备的是铝基碳化硼复合材料，作者通过金相显微镜的观察，来说明不同体积分数的碳化硼颗粒在6061铝基体中的分布比较均匀，无明显团聚，并以此说明了该复合材料的均匀性。

a）6061铝合金显微金相，b）Al-10Vol.%B4C铝合金显微金相，c）Al-20Vol.%B4C铝合金显微金相，d）Al-30Vol.%B4C铝合金显微金相，e）Al-40Vol.%B4C铝合金显微金相，f）Al-50Vol.%B4C铝合金显微金相
文章链接：http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0264127516300314

2. 扫描电子显微镜（SEM）
这应该是一款各大高校实验室的标配吧（嘿嘿），其放大倍数直接秒杀金相显微镜，并且其能谱分析（EDS）更是让该分析方法如虎添翼。下面咱们就一起去欣赏一下扫描电子显微镜在金属微观分析中的魔力吧。
本文采用放电等离子烧结技术制备成功了镍基石墨烯复合材料。通过扫描电镜图片可观察到基体晶粒尺寸较小，在烧结过程中并无明显长大，纳米石墨烯片（GNP）在镍基体内沿着晶粒边界分布等显微
形貌，图f）中能谱分析来了一个助攻
通过碳元素分布从侧面证明SEM图中沿镍基体分布的黑色物体为石墨烯片。

a）未经球磨烧结成型的镍SEM图像，b）经球磨烧结成型的镍SEM图像，c）Ni-1Vol.% GNP SEM图像，d）Ni-2.5Vol.%GNP SEM图像，e）Ni-5Vol.%GNP SEM图像，f）Ni-2.5Vol.%GNP SEM图像以及相应的能谱图，红色圆圈内为石墨烯片
链接地址：http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925838815301298

3. 透射电镜（TEM）
首先要说的是透射电镜对测试样品的要求极为严格（样品可观察区域的厚度只有100-200nm左右），透射电镜的分辨率可以达到原子级别！因此，采用透射电镜来分析纳米尺度的显微组织就再合适不过了！下面通过下文来看看透射电镜对金属材料的典型分析。

本文利用透射电镜对镍基碳化硅复合材料进行了分析，通过透射电镜惊人的分辨率，观测到了碳化硅颗粒的加入在基体中引入的位错和试样中亚晶粒的存在。
链接地址：http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022311515302907

4. 纳米压痕仪
简短地说，纳米压痕仪可以使压痕深度达到纳米级别，根据压头在压入过程中的力与位移曲线，硬度与位移曲线等关系来分析材料的微观力学性能。实验模式分为定最大压入载荷和定压入深度（用的不多）。
本文中，实验采用了定最大压入载荷模式，即当达到最大压入载荷时比较各试样的压头的位移。通过分析各试样压头压入距离与载荷的关系提出：弹性模量的增加与硬度以及致密度的增加有着一定的关系。

链接地址：http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925838812012935

5. EBSD分析
EBSD是测试晶粒位向的一种测试方法。在微观分析中晶粒的位向不同其力学性能也会受到不同程度的影响。下面以纳米压痕仪与EBSD分析的联合分析为例。
首先本文分析的问题是在ZrB2中晶粒位向的不同对单个晶粒的力学性能有何影响。在此背景下，纳米压痕仪作为EBSD分析的得力助攻，EBSD分析终可以“连续得分”。

图a为ZrB2中晶粒的不同取向；图b为纳米压痕的低倍率SEM图；图c为单个压痕的放大图
下图则为不同位向下的硬度及弹性模量值所合成的三维图。

进而得出：弹性模量在70-80deg最大，硬度在50-60deg最小。
文献链接：http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S095522191530131X

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