金相顯微鏡是對金屬材料的金相組織進行分析的重要光學儀器。金相學主要指借助光學（金相）顯微鏡和體視顯微鏡等對材料顯微組織、低倍組織和斷口組織等進行分析研究和表征的材料學科分支，既包含材料顯微組織的成像及其定性、定量表征，亦包含必要的樣品制備、準備和取樣方法。其主要反映和表征構成材料的相和組織組成物、晶粒（亦包括可能存在的亞晶）、非金屬夾雜物乃至某些晶體缺陷（例如位錯）的數量、形貌、大小、分布、取向、空間排布狀態等。下面淺談金相顯微鏡的使用以及金相試樣的制備。

一、金相顯微鏡的構造 

光學金相顯微鏡的構造一般包括放大系統、光路系統和機械系統三部分，其中放大系統是顯微鏡的關鍵部分。 目前主要是電腦型金相顯微鏡，是將光學顯微鏡技術、光電轉換技術、計算機圖像處理技術完美地結合在一起而開發研制成的高科技產品，可以在計算機上很方便地觀察金相圖像，從而對金相圖譜進行分析，評級等以及對圖片進行輸出、打印。

二、使用顯微鏡時應注意的事項

1）操作者的手必須洗凈擦干，并保持環境的清潔、并保持環境的清潔、干燥；  

2）用低壓鎢絲燈泡作光源時，接通電源必須通過變壓器，切不可誤接在220V電源上； 

3）更換物鏡、目鏡時要格外小心，嚴防失手落地； 

4）調節物體和物鏡前透鏡間軸向距離（以下簡稱聚焦）時，必須首先弄清粗調旋鈕轉向與載物臺升降方向的關系。應該先用粗調旋鈕將物鏡調至盡量靠近物體，但絕不可接觸。然后仔細觀察視場內的亮度并同時用粗調旋鈕緩慢將物鏡向遠離物體方向調節。待視場內忽然變得明亮甚至出現映象時，換用微調旋鈕調至映象最清晰為止。

5）用油系物鏡時，滴油量不宜過多，用完后必須立即用二甲苯洗凈、擦干；

6）待觀察的試樣必須完全吹干，用氫氟酸浸蝕過的試樣吹干時間要長些，因氫氟酸對鏡片有嚴重腐蝕作用。 

三、金相試樣制備 

金相試樣制備過程一般包括：取樣、粗磨、細磨、拋光和浸蝕五個步驟。 

1）取樣 

從需要檢測的金屬材料和零件上截取試樣稱為“取樣”。取樣的部位和磨面的選擇必須根據分析要求而定。截取方法有多種，對于軟材料可以用鋸、車、刨等方法；對于硬材料可以用砂輪切片機或線切割機等切割的方法，對于硬而脆的材料可以用錘擊的方法。無論用哪種方法都應注意，盡量避免和減輕因塑性變形或受熱引起的組織失真現象。試樣的尺寸并無統一規定，從便于握持和磨制角度考慮，一般直徑或邊長為15~20mm，高為12~18mm比較適宜。對那些尺寸過小、形狀不規則和需要保護邊緣的試樣，可以采取鑲嵌或機械夾持的辦法。 

金相試樣的鑲嵌，是利用熱塑性塑料（如聚氯乙烯），熱凝性塑料（如膠木粉）以及冷凝性塑料（如環氧樹脂+固化劑）作為填料進行的。前兩種屬于熱鑲填料，熱鑲必須在專用設備一鑲嵌機上進行。第三種屬于冷鑲填料。 

2）粗磨 

粗磨的目的主要有以下三點： 

修整 有些試樣，例如用錘擊法敲下來的試樣，形狀很不規則，必須經過粗磨，修整為規則形狀的試樣； 

磨平 無論用什么方法取樣，切口往往不十分平滑，為了將觀察面磨平，同時去掉切割時產生的變形層，必須進行粗磨； 

倒角 在不影響觀察目的的前提下，需將試樣上的棱角磨掉，以免劃破砂紙和拋光織物。 

3）細磨 

粗磨后的試樣，磨面上仍有較粗較深的磨痕，為了消除這些磨痕必須進行細磨。細磨，可分為手工磨和機械磨兩種， 目前機械磨是主要的磨樣方式。

目前普遍使用的機械磨設備是預磨機。電動機帶動鋪著水砂紙的圓盤轉動，磨制時，將試樣沿盤的徑向來回移動，用力要均勻，邊磨邊用水沖。水流既起到冷卻試樣的作用，又可以借助離心力將脫落砂粒、磨屑等不斷地沖到轉盤邊緣。機械磨的磨削速度比手工磨制快得多，但平整度不夠好，表面變形層也比較嚴重。因此要求較高的或材質較軟的試樣應該采用手工磨制。

4）拋光 

拋光的目的是去除細磨后遺留在磨面上的細微磨痕，得到光亮無痕的鏡面。拋光的方法有機械拋光、電解拋光和化學拋光三種，其中最常用的是機械拋光。  機械拋光在拋光機上進行，將拋光織物（粗拋常用帆布，精拋常用毛呢）用水浸濕、鋪平、繃緊并固定在拋光盤上。

啟動開關使拋光盤逆時針轉動，將適量的拋光液（氧化鋁、氧化鉻或氧化鐵拋光粉加水的懸浮液）滴灑在盤上即可進行拋光，拋光時應注意： 

試樣沿盤的徑向往返緩慢移動，同時逆拋光盤轉向自轉，待拋光快結束時作短時定位輕拋。 

在拋光過程中，要經常滴加適量的拋光液或清水，以保持拋光盤的濕度，如發現拋光盤過臟或帶有粗大顆粒時，必須將其沖刷干凈后再繼續使用。

拋光時間應盡量縮短，不可過長，為滿足這一要求可分粗拋和精拋兩步進行。

④拋有色金屬（如銅、鋁及其合金等）時，最好在拋光盤上涂少許肥皂或滴加適量的肥皂水。

5）浸蝕 

拋光后的試樣在金相顯微鏡下觀察，只能看到光亮的磨面，如果有劃痕、水跡或材料中的非金屬夾雜物、石墨以及裂紋等也可以看出來，但是要分析金相組織還必須進行浸蝕。 

浸蝕的方法有多種，最常用的是化學浸蝕法，利用浸蝕劑對試樣的化學溶解和電化學浸蝕作用將組織顯露出來。 

純金屬（或單相均勻固溶體）的浸蝕基本上為化學溶解過程。位于晶界處的原子和晶粒內部原子相比，自由能較高，穩定性較差，故易受浸蝕形成凹溝。晶粒內部被浸蝕程度較輕，大體上仍保持原拋光平面。在明場下觀察，可以看到一個個晶粒被晶界（黑色網絡）隔開。如浸蝕較深，還可以發現各個晶粒明暗程度不同的現象。這是因為每個晶粒原子排列的位向不同，浸蝕后，以最密排面為主的外露面與原拋光面之間傾斜程度不同的緣故。 

經檢查后合格的試樣可以放在浸蝕劑中，拋光面朝上，不斷觀察表面顏色的變化。這是浸蝕法。也可以用沾有浸蝕劑的棉花輕輕擦拭拋光面，觀察表面顏色的變化。此為擦蝕法。待試樣表面被浸蝕得略顯灰暗時即刻取出，用流動水沖洗后在浸蝕面上滴些酒精，再用濾紙吸去過多的水和酒精，迅速用吹風機吹干，完成整個制備試樣的過程。