[发明专利]高通量数字全视场金相原位统计表征分析仪及分析方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料性能表征技术领域，具体涉及一种高通量数字全视场金相原位统计表征分析仪及分析方法。

背景技术

金属材料(钢、铜、铝、镍等合金)的化学成分以及各种成分在合金内部的物理状态和化学状态称为金相组织。材料组织结构直接影响决定其物理力学性能，化学成分、热处理工艺、冷热加工工艺的研究和改进本质上都是通过改变内部组织结构来提高材料的硬度、韧性、耐磨性等各种性能。

金相组织分析是材料组织结构分析中常用的表征方法之一，它分为低倍和高倍金相两种表征方法。低倍组织表征指用肉眼或借助10倍以下的放大镜，对金属材料的疏松、裂纹、缩孔、偏析、缺陷等组织进行表征，属于宏观检验。高倍金相组织表征指借助50～1500倍左右的光学显微镜，对金属材料内部的晶粒度、碳化物、夹杂物和组成相等组织结构进行表征，属于微观检验。两种方法都是通过放大镜或显微镜观察来定性地描述金属材料的组织特征，或采用与各种标准图片比较的方法评定金属组织，各有优缺点。宏观检验虽然能够表征材料大范围内明显的偏析、缺陷等组织，但无法表征微小的组织结构；微观检验虽然能够表征某些特定区域的内在属性，但是由于微区视场的局限性(一般观察视场的直径约为2mm～100μm左右)，在人为选择视场时常常带有主观性、随机性和偶然性，能够观察的视场有限，容易遗漏有缺陷的部位，缺乏对于材料整体的全面的考察，其重现性和精确性不高，而金属材料中的显微组织并非均匀分布，因此任何一个参数的测定都不能只靠人眼在显微镜下测定一个或几个视场，必须进行大量的统计工作，才能保证测量结果的可靠性，因此在其统计上的代表性方面还存在疑虑。此外这种传统的手工测定，不仅一致性差，而且速度慢，工作量大，对样品性能的正确表征造成影响。

发明内容

本发明的目的，是得到一种高通量数字全视场金相原位统计表征分析仪及分析方法，能实现多个样品在大尺度范围内(cm²级)金相组织的海量原始数字信号高通量数据采集功能，通过对海量原始数字信号的数理统计解析实现每个样品中各类金相组织的自动鉴别、自动评级和评价功能，通过原始数字信号与样品表面点对点的精确对应实现样品在原始位置上金相组织的映射定位功能，最终达到样品金相组织的原位统计分布分析表征研究。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种高通量数字全视场金相原位统计表征分析仪，该分析仪包括高通量自动进样扫描系统、数字信号处理系统、智能分析系统，其中，

高通量自动进样扫描系统包括：样品台1、X轴导轨2、Y轴导轨3和Z轴导轨4，其中，样品台1固定于X轴导轨2上部，X轴导轨2下方依次布置Y轴导轨3和Z轴导轨4，X轴导轨2、Y轴导轨3分别由X、Y轴驱动器10驱动，控制样品台1的自动顺序移动，实现多个样品的顺序自动分析；Z轴导轨4由Z轴驱动器11驱动，移动实现移动过程中的自动对焦功能，Z轴的移动由CCD数字相机6产生的信号来控制Z轴驱动器11；

数字信号处理系统包括：金相显微镜5、CCD数字相机6、接口7、图像处理装置8和照明光源12，其中，金相显微镜5和CCD数字相机6通过接口7连接，两者固定于样品台1的上方，照明光源12固定在金相显微镜5上，图像处理装置8与CCD数字相机6连接；

智能分析系统9与图像处理装置8连接，对采集的原始数字信号进行数理统计解析并对金相组织自动鉴别和cm²级范围金相原位统计分布分析表征，也通过数字信号输出样品在全视场范围内的金相组织图像。

所述样品台1包括盛放1～9个样品的样品置放处A～I。

通过X、Y轴驱动器10控制X轴导轨2、Y轴导轨3从而进一步控制样品台1的自动顺序移动。

由CCD数字相机6上相邻两个像素的相位差产生的电信号控制Z轴驱动器11从而进一步控制Z轴导轨4以及样品台1。

所述分析仪可实现金属材料全视场范围的疏松、裂纹、缩孔、偏析、缺陷的原位统计分布表征，金属材料全视场范围内的晶粒度、碳化物、夹杂物以及组成相等各种组织的类型、数量、大小和形状等特性的大尺度原位统计分布分析表征，金相组织最大偏析与最小偏析的空间定位分析，全视场表观致密度的统计解析，组织统计符合度的解析等。

一种高通量数字全视场金相原位统计表征分析仪的分析方法，包括如下步骤：

a)将样品按尺寸要求进行制备加工；

b)将制备加工后的样品进行粗磨、细磨、抛光、浸蚀；