Оптические эффекты

Опубликовано в Металлография.

Очень часто при микроскопических исследованиях на поверхности образцов (полированных или не полированных) можно наблюдать световые (или оптические) фигуры. Иногда они имеют характерный вид, и могут быть легко истолкованы, а иногда нет. Анализ таких особенностей поверхностей материалов не является наукой как таковой. Это скорее сопутствующие методические вопросы, важность рассмотрения которых обусловлена необходимостью надежной интерпретации изображений.
Оптические эффекты в металлографии обусловлены особенностями взаимодействия видимого света с поверхностью материалов при использовании средств оптического контрастирования.
В разделе «Использование поляризованного света» показаны оптические эффекты, возникающие при взаимодействии поляризованного света с глобулярными прозрачными кристаллическими включениями.
В этой статье рассматриваются оптические эффекты на поверхности материалов, связанные с присутствием дефектов разного рода: ямок травления, пор, несплошностей и т.д. Детальный анализ наблюдаемых эффектов с точки зрения оптики здесь не приводится, поскольку не может быть выполнен профессионально. Здесь приведены фотографии различных эффектов и их металлографическое описание.

Ямки травления

Ямки (или фигуры) травления относятся к тем оптическим эффектам, которые изучены хорошо. Они представляют собой правильно огранённые углубления, образующиеся на поверхности кристаллов в процессе химического травления. Фигуры травления закономерно ориентированы относительно кристаллографических направлений; они отображают симметрию граней.
Форма ямки травления несет информацию о том, на какой плоскости она расположена. Применительно к кубической кристаллической решетке квадратная ямка травления принадлежит семейству плоскостей {100}, треугольная – {111}, в форме параллелограмма – например {011} и.т.д. (рис.1).

1 2
   

Рисунок 1. Схемы плоскостей в кубической элементарной ячейке

Ямка травления формируется в месте выхода дислокации на поверхность кристалла. Форма, величина и симметрия ямок травления определяются, помимо симметрии кристалла, составом и природой травителя. Формирование ямок травления является достаточно сложным электрохимическим процессом и определяется соотношением скоростей растворения – вертикальной (вглубь), тангенциальной (поверхность), а также растворением на гранях кристалла. Если зародыш растворения растет преимущественно в глубину, то формируется ямка травления, видимая в микроскоп как многогранник (рис.2,а). Если травитель растворяет грань кристалла неравномерно, то ямки травления имеют вид углублений произвольной формы. В некоторых случаях их довольно сложно распознать (рис. 2,б).

3 4
                                       а                                           б 

Рисунок 2. Ямки травления в меди: а- правильной формы; б - неправильной формы

В идеальном случае ямка травления представляет собой правильную геометрическую фигуру – треугольник, квадрат, параллелограмм, вид которой определяется ориентацией конкретного зерна. Присутствие на изображении ямок травления различной формы указывает на то, что в поле зрения находятся несколько зерен, ориентированных по-разному относительно плоскости шлифа (рис. 3).

5 6

Рисунок 3. Ямки травления различной формы в сплаве АЛ4; светлое поле

Другим признаком того, что это действительно ямка травления, является световая фигура, получаемая в поляризованном свете при скрещенных николях (рис. 4).

7 8
                                             а                                              б

Рисунок 4. Ямки травления в алюминии: а – светлое поле, б – поляризованный свет.

9 10
                                      а                                              б 
11 12
                                      в                                            г

Рисунок 5. Ямки травления в алюминиевом сплаве: а – светлое поле, б - темное поле, в – поляризованный свет (николи скрещены), г – дифференциально-интерференционный контраст.

На рис.5 представлены ямки травления, сформировавшиеся при травлении алюминия и имеющие форму шестигранников. Форма ямок хорошо видна в светлом (рис.5,а) и темном (рис.5,б) поле. В темном поле формируется характерный муар как признак наличия наклонных поверхностей. В поляризованном свете формируется световая фигура (рис.5,в). Совершенство световой фигуры зависит от совершенства формы ямки травления. В ДИК ямка имеет желтый цвет, поскольку лежит ниже плоскости шлифа (рис. 5,г).
Для выявления ямок травления существуют специальные реактивы. В практике металлографической лаборатории ямки травления формируются как своеобразный побочный продукт металлографического травления и могут перегружать изображение лишними деталями или полностью занимать собой всю площадь изображения. При небольшом увеличении ямки травления могут восприниматься как растрав поверхности или, при повышении увеличения, как фаза. Достаточно часто они имеют разный размер (рис. 3, 4).