我國著名科學家王大珩院士曾指出“儀器是認識世界的工具！"電子顯微鏡作為一種常規(guī)的認識亞微米以及納米尺度微觀世界的重要工具，在合金金相分析的過程中發(fā)揮了重要作用。本文著重從金相的定義、金相的類型、金相分析的應用、掃描電鏡在合金金相分析中的應用、金相分析應用實例等方面進行闡述。
“金"指金屬和合金，“相"指合金中具有同一晶體結(jié)構(gòu)、同一性質(zhì)、均勻化學成分并以一定界面相互隔開的組成部分。那么金相體現(xiàn)了金屬和合金內(nèi)部結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、成分、分布。目前使用廣泛的是由鐵和碳組成的合金，普遍為碳鋼和鑄鐵。由一種相組成的金屬或合金稱為單相，由多種相組成的既為多相。金屬材料中由相基本構(gòu)成的，化學性質(zhì)、晶體結(jié)構(gòu)和物理性能相同的組成結(jié)構(gòu)統(tǒng)稱為金相組織，而材料其能通常由各相自身的結(jié)構(gòu)和組合情況決定。金屬材料內(nèi)部的相結(jié)構(gòu)會隨外部條件和內(nèi)在因素而改變（外部條件是指溫度、形變、澆注情況等；內(nèi)在因素主要指組元含量，晶體結(jié)構(gòu)，原子尺寸等）。
金屬材料的金相組織大致可分為固溶體、化合物及純物質(zhì)三大類。其中合金相基本可分為固溶體和中間相兩類。固溶體是將第二組元（組成合金的基本獨立物質(zhì)，可為金屬、非金屬或化合物）原子為溶質(zhì)原子溶于第一組元（溶劑）中并且保持溶劑的晶體結(jié)構(gòu)類型。固溶體又可細分為間隙式和置換式。當合金由兩個組元組成時，除了形成固溶體外還能形成與兩個組元結(jié)構(gòu)均不相同的新相。由于這種新相一般在二元相圖中處于中間位置，所以通常稱其為中間相。中間相又可細分為正常價化合物、電子化合物、尺寸因素化合物、超結(jié)構(gòu)（有序固溶體）。
合金的性能由組成它的成分和微觀組織結(jié)構(gòu)決定。通過對合金微觀組織的觀察分析可以預測判斷其性能。金相分析可以應用在諸多方面，例如金屬硬度測定，脫碳層、滲碳硬化層深度測定、非金屬夾雜物質(zhì)含量測定、合金鋼熱處理工藝的研究、失效分析、產(chǎn)品質(zhì)量品控、事故分析等等。
通常分析金相組織會使用金相顯微鏡來進行觀察，但對于金相顯微組織中的一些微觀結(jié)構(gòu)，金相顯微鏡往往倍數(shù)不夠難以觀察，所以采用透射電鏡和掃描電鏡做高倍觀察。掃描電鏡用于金屬及合金的顯微組織鑒別和相分析有獨到之處。除了在高倍鏡下得到細節(jié)清晰、分辨率高的圖片用于組織分析外，掃描電鏡配有的波譜儀和能譜儀可以分析顯微組織、夾雜物及第二相中的元素組成情況；采用線掃描和面掃描可以顯示元素分布情況。由于制樣方便，可研究斷裂與顯微組織結(jié)構(gòu)的關(guān)系，所以比較廣泛應用于金相分析領(lǐng)域。
金屬材料的失效分析是金相分析主要的應用領(lǐng)域之一。利用金相分析可以找出因形變、磨損、腐蝕等原因發(fā)生的器件失效。以鐵碳合金為例，魏氏體會降低鋼的韌性、塑性和強度，大幅增加脆性；粗大的馬氏體會嚴重降低材料強韌性；材料的石墨化會破壞組元連續(xù)性，碳含量降低，增大了脆性斷裂的可能。在失效分析中，一些基本顯微組織例如屈氏體、隱針馬氏體，精細結(jié)構(gòu)的分析如金屬間化合物相、碳化物相、硼化物相等，光學顯微鏡并不能明確分辨，所以一般會在光學分析的基礎(chǔ)上結(jié)合掃描電鏡進行結(jié)構(gòu)分析和微區(qū)成分分析，利用波譜儀、能譜儀等協(xié)助完成。
金相鎳基高溫合金γ‘相
鎳基合金是高溫合金中性能最好、使用較廣、品種較多的一類合金。按強化手段可以分為固溶強化型及時效沉淀強化型兩大類。
圖1 EM8100拍攝鎳基合金放大2000倍
圖2 EM8100拍攝鎳基合金放大20000倍
α+β型鈦合金
鈦及鈦合金具有各種優(yōu)良性能（密度小、比強度高、耐腐蝕、耐高溫、無磁、無毒等）已被廣泛應用于航天、航空、航海、石油、化工、機械、醫(yī)療、能源等許多領(lǐng)域。通常將鈦合金劃分為三大類：α型、α+β型和β型合金α相是合金元素融入α-Ti中形成的固溶體，呈密排六方結(jié)構(gòu)，β相是合金元素融入β-Ti中形成的固溶體，呈體心立方結(jié)構(gòu)。
圖3 EM6900拍攝鈦合金放大5000倍
圖4 EM6900拍攝鈦合金放大20000倍
掃描電鏡在金屬材料行業(yè)有著多角度多方向的應用，能夠為產(chǎn)品質(zhì)檢和工藝控制提供保障。
中科科儀多年來一直致力于掃描電子顯微鏡產(chǎn)品的研制開發(fā)和技術(shù)升級，于1975年成功研制我國第一臺掃描電鏡，2014年成功研制我國第一臺場發(fā)射槍掃描電鏡，目前分辨率達到國際水平。KYKY掃描電鏡可以為材料商產(chǎn)品優(yōu)化和品控提供支持。參考文獻：
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上海機械制造工藝所，金相分析原理及技術(shù)，上海科學技術(shù)文獻出版社，2013
趙紅艷. 高熵固溶體合金的相組成和力學性能研究[D].大連理工大學,2015.
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