铝合金宏观缺陷的三维成像

铝（Al）铝（Al）的合金，常用于航空航天和汽车工业中常用[1]。它们在成本效益的飞机和车辆制造方面具有显着的优势，同时在运行期间实现更大的燃料经济性。然而，必须考虑在部分/组件或甚至合金生产期间的Al合金中潜在缺陷的发生。这种缺陷可以对部件/组件质量和性能产生显着影响。在过去的十年中，已经开发出用于表征合金缺陷和微观结构的更好的方法[2]。3D表征可以为宏观和微观缺陷形成后面的机制提供重要的见解。关于从3D图像检索的合金缺陷的数据可以有助于防止或消除它们。

为了使用光学显微镜使不透明Al合金中的缺陷的3D图像重建，需要一种以规则间隔去除材料的方法，并以规则的间隔记录样品表面的图像。

抛光Al合金是不切实际的，因为金属倾向于涂抹，渲染抛光非常耗时。而不是抛光，更容易铣削Al合金，因为它在更短的时间内产生良好的质量表面。

当制备用于研磨的Al合金样品时，在每个研磨步骤之后，在每个研磨步骤中将样品捕获图像以使图像与外部显微镜（例如更高分辨率的化合物显微镜）而言，它也变得迅速。安装，拆卸和重新安装样本，更不用说找到正确区域所需的任何重新调整，每次获取图像都会使得方法非常低效。

铣削和易于成像Al合金样品的成像可以用em.TXP目标浮出系统（参见图1）。它用于通过光学显微镜（OM）或扫描在检查之前的样品制剂（SEM.或传输（TEM） 电子显微镜。铣削，锯切，磨削和抛光都可以通过这种仪器进行，因此用户可以实现更快的样品制备工作流程。可移动的枢轴臂EM TXP.系统允许最佳角度来观察和成像样品的顶面和前面（横截面）。对于原位成像，这意味着在准备期间从未去除样品，该样品em.TXP系统配备标准M80立体声显微镜。录制图像，数码相机，如IC90 E CMOS.相机，可以安装。

使用尺寸为10×10×10mm的Al合金样品。在开始任何制备之前，在合金样品中可见宏观3D焊接缺陷。

这EM TXP.表面系统用于Al合金样品制剂。除了金刚石研磨和没有抛光的样品制备。在10μm的步骤尺寸下完成Al合金的研磨。在铣掉每次50μm的Al合金（5步）后，记录了45°处的枢轴臂的2D OM图像（参见图2）。所有图像都被带走了M80立体声显微镜和IC80 HD.数码相机。在用醇成像之前清洁Al合金样品并用压缩空气吹干。通过研磨除去的Al合金材料的总厚度为2mm，对应于2D中的总共40张图像。从40个合金表面图像堆叠中的3D图像重建是用的las x 3d可视化软件。

完成整个工作流程的总时间仅需1.5小时。包括工作流程：

• 通过研磨和铣削安装Al合金样品以制备
• 记录样品的40图像，每次铣掉50μm的材料。

使用更常见的合金样品制备方法时，通常工作流程较长长（4-10小时）。

铣削Al合金样品生产的高质量表面，缺陷清晰可见。在2D中的样品的40个立体显微镜图像允许优质的3D图像重建las x 3d可视化软件。缺陷的3D图像具有足够的分辨率，用于精确体积和表面积测量（参见图3）。缺陷体积确定为429,000μm^3.（0.429 x 10^-3毫米^3.相当于0.429纳米）及其表面积为545,000μm²（0.545毫米²）。如果在较少的铣削步骤之后更频繁地记录2D图像，例如，如果在较少的铣削步骤之后，则可以获得更高的3D图像分辨率，例如，如果在每2铣削台阶上记录图像，则将除去仅20μm的合金（2步）（10μm）。

该报告描述了一种用铣削和原位光学显微镜在3维（3D）中的非透明铝（Al）合金中的宏观缺陷的方法。

因为Al合金对于制造飞机和车辆以及其他产品很重要，所以彻底的合金表征可以帮助最小化或消除可能影响质量和性能的缺陷。

使用以下方法生产不透明Al合金中的缺陷的3D图像：

• 用宏观缺陷的Al合金样品以小步骤（厚度为10μm）;
• 在每次移除50μm的厚度后，记录碾磨合金表面的2D光学显微镜图像;
• 将总共​​2毫米合金研磨，在2D中产生共40张图像;和
• 从2D图像堆叠重建合金和缺陷的3D图像。

完成整个工作流程，从初始Al合金样品制备到记录所有40个合金表面图像的记录需要1.5小时，比比更多常见的样品制备方法快3-6倍。确定的缺陷体积为0.429 x 10^-3毫米^3.（0.429纳米）和表面积为0.545毫米²。

使用Leica Microsystems的以下仪器和软件执行整个工作流程：188金宝搏的网址

• EM TXP.表面制备系统配备：

  • M80立体声显微镜和
  • IC80 HD.数码相机（安装在显微镜中）;和

• las x 3d可视化3D图像重建软件。

应当注意，如果成像需要更高的数字分辨率，其他Leica数码相机可用于M80显微镜。

使用的3D成像方法em.具有集成显微镜的TXP系统允许更快地执行整个工作流程。用户可以使用抛光，切割，锯切，钻孔或铣削进行样品制备，并选择最有效的方法。在每个研磨步骤之后，在每个研磨步骤中消除制备工具和外部显微镜之间的任何样品转移的原位成像。结果，在工作步骤期间不需要重新调整，因为样品保持始终与铣刀和显微镜两者保持一致。

从2D图像堆叠重建的合金缺陷的3D图像具有足够的分辨率，以实现缺陷的精确体积和表面积测量。

1. J.A.Derose，T. Suter，T. Hack，R. Adey，EDS。“飞机结构的铝合金腐蚀：建模和仿真”（Wit Press，南安普敦，英国，2012）;ISBN：978-1-84564-752-0;http://www.witpress.com/books/978-1-84564-752-0。
2. C. Puncreobutr，P.D.李，R.W. Hamilton，A.B.Phillion，“Al合金凝固结构和缺陷演化的定量3D表征”，矿物质，金属和材料协会（2012年）Vol。64，ISS。1，pp。89-95，DOI：10.1007 / s11837-011-0217-9;https://macsphere.mcmaster.ca/bitstream/11375/21834/1/2012_jom_puncreobutr_etal ..pdf.pdf.