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材料構造学/金属組織学 情報提供のための機械・装置

メタログラフィーとは、金属の構造について調べることです。しかし今日では、追加の材料(セラミック/金属システム、金属/プラスチックシステムなど)の開発など、複合的な問題が増えていることから、「材料学」という表現が好まれています。メタログラフィ、すなわちマテリアログラフィの応用分野は、主に品質管理、損傷分析、および研究開発にあります。

材料構造学/金属組織学 インフォーマティブ・サンプルのための6つのステップ

金属組織学、すなわち材料学の課題は、マクロおよびミクロの方法で材料の構造を確認することです。金属であっても、水晶のような非金属の結晶と同じように、結晶構造を持っており、その特徴は質的にも量的にも確認することができます。

材料を検査し、その品質について満足のいく結論を出すことができるようにするためには、試料の研削と研磨が金属組織学(材料学)の重要な初期段階となります。マクロおよび/またはミクロの観察に適した傷のないステップは、検査する材料の代表的な、鋭角で水平な表面でなければならず、それによってその構造を明確に認識することができます。そのため、材料の準備においては、傷や不要な破断、異物や変形がないことが重要です。準備は通常、切断、マウント、研削、研磨、エッチング、顕微鏡検査の6つのステップで行われます。最後に、必要に応じて、マクロまたは顕微鏡による試料の評価、および硬さ試験が行われます。

切断
ステップ1では、切断機(「Brillant」と呼ばれるシリーズの湿式研磨切断機など)と、戦略的な位置でクランプするように設計された対応するクランプツールを使用して、材料のサンプルとして試験/検査する部分を切断する。試料が十分な大きさであれば、それ以上の準備をすることなく、ホルダーを使って試料を取り付け、研削や研磨を行うことができます。

特殊なクランプツール
機械の切断室内には、無限に近い数の材料や形状を確実に配置する必要があります。標準品に加えて、特別な問題のあるサンプルのための特別なクランプ装置があります。例えば、CFK、GFK、チタンの切断用のパルスクランプシステムがあります。

埋込 一方、小さいサイズのサンプルは、ハンドリングやエッジの保護を改善するために、最初にマウントする必要があり、コールドマウントまたはホットマウントのいずれかの手順で行われます。後者の場合、サンプルはいわゆるマウンティングプレス(ここではホットマウンティングプレスと呼び、「Opal」と呼ばれるシリーズの一つです)でマウントされます。このプロセスでは、サンプルは特殊なプラスチック顆粒(多様なデュロまたは熱可塑性プラスチック)で囲まれ、それが熱と油圧で押し付けられます。この方法では、素材が完全にプラスチックに包まれているため、次の金属組織の準備に最適な状態になります。

研磨、ポリッシング
結晶構造を可視化するためには、試料の表面を均一に研磨した後、研磨する必要があります。

研削と研磨のプロセスは、同じ名前のユニットを使用して行われます。例えば、プレグラインド・ユニット(「Jade」)でのプレグラインドのように手作業で行われる場合と、逆に自動で行われる場合がありますが、これは現在の金属組織検査室では一般的です。手動での研磨・琢磨とは対照的に、自動研磨の場合、試料は試料ホルダーに固定され、研磨・琢磨ヘッド("Rubin")で研磨媒体(研磨紙、砥石など)に押し付けられます。研削/研磨媒体は実際には作業用ホイールの上に置かれます。一連の研磨ステップでは、ステップごとにさらに細かい研削媒体を使用して、希望する研磨面のグレードに向けて段階的に進めていく。各工程の後、試料を90°回転させて、前の研削材との接触で残った溝を打ち消します。この間、潤滑剤と冷却剤によって試料が冷却され、廃棄物が洗い流されます。前の工程で発生した廃棄物(スラッジ)や粗い粉砕粒子が次の工程に持ち越されないように、各工程の間に定期的に水やアルコールでサンプルを洗浄する必要があります。 次の研磨段階では、様々な研磨布を使用します。前回の研磨で残った最後の傷は、最後の最終層を取り除くことで研磨されます。メタログラフィーのこの段階では、最終的な研磨媒体として多結晶または単結晶のダイヤモンド懸濁液を使用するのが最適です。特に、多くのサンプルを次々と研磨する場合には、自動研磨機(SystemlaborやSystemautomatなど)の使用が有利です。

エッチング 最後の研磨工程が完了すると、さまざまな反射光によって材料の純度を最初に予測することができます。結晶構造を可視化して対比させるために、試料はエッチング液に手動で浸すか、「Kristall」モデルのような電解エッチング装置を使って、さらなる準備をする必要があります。特定のサンプルに対する特定のエッチング液は、一体化した結晶成分の反射挙動を変化させる効果があるため、光学的な違いが生じます。エッチング後、サンプルはアルコールで洗浄され、温風で急速かつ完全に乾燥されます。


顕微鏡の使用と評価
このようにして結晶構造が正しく対比されれば、そのサンプルを評価することができる。マクロや顕微鏡での観察や、最新の画像解析・画像保存プログラムによる評価を行うことで、熱処理の状態、溶接の継ぎ目、結晶構造、材料の品質などを次々と明らかにしていくことができます。さらに、多くの場合、メタログラフィによって、製造プロセスや、損傷した場合の故障の原因から結論を導き出すことができます。

硬さ試験(マイクロ&ユニバーサル硬さ試験機)を実施する場合は、ビッカース、ブリネル、ロックウェル、ヌープなどの一般的な試験方法が使用されます。