一种金属材料微观结构多维信息全域高通量表征方法技术

本发明专利技术公开了一种金属材料微观结构多维信息全域高通量表征方法，该方法包括：对金属材料进行切割取样；对金属样品进行机械研磨和抛光处理；对金属样品进行定位标记，得到金属样品的待测区域；对金属样品的待测区域表面进行腐蚀，得到金属样品待测腐蚀区域；采集金属样品待测腐蚀区域表面的三维形貌高度信息；高通量采集金属样品待测腐蚀区域背散射、二次电子像；结合上述采集结果，综合分析金属样品待测区域的同区域、点对点微观组织结构多维信息映射关系。本发明专利技术集成材料选择性腐蚀技术、表面三维形貌高通量采集和表征技术、扫描电镜图像高通量表征技术，实现材料微观组织形貌、尺寸、相鉴定多维信息全域高通量表征及综合诊断。断。断。

【技术实现步骤摘要】
一种金属材料微观结构多维信息全域高通量表征方法


[0001]本专利技术涉及金属材料微观组织多参量表征
，特别是涉及一种金属材料微观结构多维信息全域高通量表征方法。

技术介绍

[0002]材料微观组织表征技术在了解材料内部微观结构、建立工艺
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结构
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性能相关性、材料设计和研制等领域具有重要的意义。通常表征物质微观结构的方法主要包含光学成像、电子束成像、高能粒子束成像等。例如，以光学反射、透射、衍射相干原理研制的光学显微镜技术，可以对材料表面微观结构进行直接观测，具有无需抽真空，具有高效、快速表征的优点，但目前只能获取二维灰度图像，无法直接将图像信号转化为数字信号进行解析处理，此外有时无法根据光强度衬度清晰观测各组成相，造成微观结构难以辨认。扫描电子显微镜以聚焦高能电子束作为入射源，通过与材料表面相互作用，实现含内部微观结构信息的信号激发，从而实现物质微观组织结构表征，其分辨率可达nm级，可以实现几十万倍放大倍率的连续可调，表征分析物质微观形貌。透射电子显微镜以聚焦电子束为入射源，当电子束穿透材料时得到相关内部结构信息，实现材料精细结构观测。光学显微镜、电子显微镜具有诸多优点，但仅通过扫描电镜像或光学图像对材料内部微观结构特征进行判断、对待定相进行鉴定和排除是不够的，例如微观相结构、晶界、内部裂纹、塑性变形、孔洞、杂质污染、位错等综合判断需要依赖多种表征方式，即微观组织结构分析及相鉴定解析需要综合多维信息进行综合判断。例如，当根据电子显微镜背散射像和二次电子像仍然无法判断时，综合光学显微图像、晶粒腐蚀表面三维形貌信息(如晶界信息)、材料本征表面三维信息(如孔洞、塑性变形、裂纹)多维信息、材料表面污染物，将有助于微观结构精细解析和综合诊断。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种金属材料微观结构多维信息全域高通量表征方法，联用表面三维形貌高度信息全域高通量表征技术与扫描电镜图像全域高通量表征技术，实现金属材料表面微观组织形貌多维信息(二维信息和三维信息)的快速、高效表征与数据解析，为材料微观组织高通量快速表征提供新方法。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0005]一种金属材料微观结构多维信息全域高通量表征方法，该方法包括以下步骤：
[0006]S1，根据待测金属材料特点，设计取样规则，进行切割取样，得到金属样品；
[0007]S2，对金属样品进行机械研磨和抛光处理，直至金属样品表面达到镜面光泽反射并且在光学显微镜下观测无明显划痕；
[0008]S3，利用显微硬度计或纳米压痕仪，对步骤S2处理后的金属样品进行定位标记，得到金属样品的待测区域；
[0009]S4，根据金属样品的材料类型，选择合适的腐蚀液配比、腐蚀时间以及腐蚀方式，对金属样品的待测区域表面进行腐蚀，得到金属样品待测腐蚀区域；
[0010]S5，利用三维表面信息观测仪器，对金属样品待测腐蚀区域表面的三维形貌高度信息进行全域高通量高精度采集；
[0011]S6，利用高通量场发射扫描电镜对金属样品待测腐蚀区域背散射、二次电子像进行全域高通量采集；
[0012]S7，利用商用数据处理软件，对金属样品待测腐蚀区域表面的三维形貌高度信息进行处理，获取表面三维形貌高度图、光强灰度图、三维高度与光强灰度叠加图，获得对应区域点位背散射像与二次电子像，综合诊断分析金属样品待测区域的微观组织结构多维参量信息，并对微观组织结构多维信息进行统计分析。
[0013]进一步的，所述步骤S1中，根据待测金属材料特点，设计取样规则，进行切割取样，得到金属样品，具体包括：
[0014]分析待测金属材料的目标区域，设计包含不同特征位置取样和不同形状取样的取样规则，并利用线切割等装置，设定合适的工作参数，对金属材料进行切割，得到金属样品。
[0015]进一步的，所述步骤S2中，对金属样品进行机械研磨和抛光处理，具体包括：
[0016]选择颗粒度由粗到细的砂纸，对金属样品进行金相研磨；
[0017]随后利用研磨膏或抛光液对样品进一步抛光处理，颗粒控制在小于2.0μm；
[0018]在抛光至金属样品表面镜面反射光滑并在光学显微镜不同倍数下观测均无明显划痕则满足要求。
[0019]进一步的，所述步骤S3中，利用显微硬度计或纳米压痕仪，对步骤S2处理后的金属样品进行定位标记，得到金属样品的待测区域，具体包括：
[0020]根据金属样品大小和硬度性质，选择显微硬度计或纳米压痕仪，设置合适的载荷和间隔距离，对样品表面进行位置标记，金属样品定位标记区域范围为100mm
×
100mm，得到金属样品的待测区域。
[0021]进一步的，所述步骤S5中，所述三维表面信息观测仪器采用白光干涉三维轮廓仪。
[0022]进一步的，所述步骤S7中，所述微观组织结构多维信息包括但不限于组成相、晶界、孔洞、杂质、凹坑、裂纹、夹杂、表面污染物。
[0023]进一步的，所述步骤S1中的金属材料包括各类纯金属材料及金属基复合材料，具体包括纯金属单晶材料、纯金属多晶材料、单晶合金材料、多晶合金材料、非晶金属材料、粉末合金材料中的一种或多种。
[0024]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：(1)与传统微观组织观测技术相比，利用全域高通量采集与表征技术，具有海量数据特点和全域微观结构信息特点，可以获得全域区域多维参量微观结构信息，可以快速定位任意微区多参量微观结构信息；(2)与单独利用传统微观组织观测技术相比，具有获得多维度微观结构信息的特点，可以对相组成、晶界、夹杂、孔洞、裂纹、表面污染物等进行多维信息综合诊断评估；(3)与传统微观组织观测技术相比，结合商用软件及算法，可以实现对微观组织结构的快速统计分布表征。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施
例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1为本专利技术金属材料微观结构多维信息全域高通量表征方法的流程示意图；
[0027]图2为钛合金样品表面(腐蚀区域和抛光未腐蚀区域)全自动金相高通量采集结果；
[0028]图3为钛合金样品表面三维信息白光干涉三维轮廓仪全域高通量采集结果等高图；
[0029]图4为钛合金样品表面三维信息白光干涉三维轮廓仪全域高通量采集结果三维视图；
[0030]图5为钛合金表面三维信息滤波分析后等高图；
[0031]图6为钛合金表面三维信息滤波分析后三维视图；
[0032]图7为钛合金腐蚀区域显微压痕定位标记点；
[0033]图8为钛合金腐蚀表面微区白光干涉三维形貌；
[0034]图9为钛合金腐蚀表面微区光强灰度图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属材料微观结构多维信息全域高通量表征方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，根据待测金属材料特点，设计取样规则，进行切割取样，得到金属样品；S2，对金属样品进行机械研磨和抛光处理，直至金属样品表面达到镜面光泽反射并且在光学显微镜下观测无明显划痕；S3，利用显微硬度计或纳米压痕仪，对步骤S2处理后的金属样品进行定位标记，得到金属样品的待测区域；S4，根据金属样品的材料类型，设置合适的腐蚀液配比、腐蚀时间以及腐蚀方式，对金属样品的待测区域表面进行腐蚀，得到金属样品待测腐蚀区域；S5，利用三维表面信息观测仪器，对金属样品待测腐蚀区域表面的三维形貌高度信息进行高通量高精度采集；S6，利用场发射高通量扫描电镜对金属样品待测腐蚀区域背散射、二次电子像进行全域高通量采集；S7，利用商用数据处理软件，对金属样品腐蚀区域表面的三维形貌高度信息进行处理，获取表面三维形貌高度图、光强灰度图、三维高度与光强灰度叠加图，结合背散射像与二次电子像，综合诊断分析金属样品待测区域相同区位点的微观组织结构多维信息，并对微观组织结构多维信息进行统计分析。2.根据权利要求1所述的金属材料微观结构多维信息全域高通量表征方法，其特征在于，所述步骤S1中，根据待测金属材料特点，设计取样规则，进行切割取样，得到金属样品，具体包括：分析待测金属材料的目标区域，设计包含不同特征位置取样和不同形状取样的取样规则，并利用线切割装置，设定合适的工作参数，对金属材料进行切割，得到金属样品。3.根据权利要求1所述的金属材料微观结构多维信息全域高通量表征方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：任群，王海舟，沈学静，赵雷，张文宇，万卫浩，黄丹琪，
申请(专利权)人：钢研纳克检测技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：