故事

在铝合金宏观缺陷的三维成像

图像重建3 d使用铣和原位光学显微镜

宏观尺度缺陷的调查在铝(铝)合金快速三维(3 d)成像方法是本报告所描述的。铝(铝)合金发挥重要作用在飞机和车辆的生产,以及其他行业的产品。缺陷出现在铝合金用于生产飞机,汽车,或其他产品质量有很大影响,性能和寿命。3 d表征Al合金可以导致更好的理解缺陷的形成以及如何最小化或消除它。生产3 d图像的缺陷不透明的Al合金样品研磨在小步骤(10µm)。光学显微镜的2 d图像表面被记录在一定厚度的合金(50µm)。从这些2 d图像、铝合金缺陷的三维图像重构。的整个工作流铝合金样品制备和2 d图像记录在很短的时间内完成(1.5小时)使用单一工具,EM TXP表面处理系统从徕卡微系统。万博体育通常,完成这样一个工作流与更常见的样品制备方法将3到6倍的时间。最后,通过使用三维图像重建拉斯维加斯X 3 d可视化软件。

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介绍

背景

铝(铝)合金,轻量级和强大,在航空航天和汽车工业常用的[1]。他们提供显著的优势而言,具有成本效益的生产飞机和汽车,而使更多的燃油经济性在操作期间。然而,潜在缺陷的发生在Al合金/组件甚至一部分合金生产必须考虑。这种缺陷可以产生重大影响的部分/组件质量和性能。在过去的十年中,更好的方法来描述合金缺陷和微观结构的三维(3 d) [2]。3 d特征可以提供重要的见解宏观和微观缺陷形成背后的机制。合金缺陷从3 d图像检索的数据可以帮助预防或消除它们。

三维成像方法的缺陷

三维图像重建的缺陷不透明Al合金使用光学显微镜方法去除材料逐步和样品表面的图像记录在定期是必要的。

高效的工作流程铣和成像

抛光铝镁合金是不切实际的,因为金属会诽谤,使抛光非常耗时。抛光,反而更容易磨铝合金,它产生在更少的时间内表面质量好。

准备铣削铝合金样品时,它也变得很快不切实际的每一步铣后删除示例记录与外部显微镜图像,如复合显微镜分辨率更高。安装、拆卸和re-mounting样本,更不用说任何需要再度调整找到正确的区域,每次一个图像获取方法效率很低。

铣削和原位成像的铝合金样品可以完成了新兴市场TXP目标堆焊系统(参见图1)。它是用于样品制备前检查通过光学显微镜(OM)或扫描(扫描电镜)或传输(TEM)电子显微镜。铣、锯切、研磨和抛光都可以用这个仪器,因此用户实现更快的样品制备工作流程。的可移动的主臂EM TXP系统允许一个最佳角度观察和成像的顶面和正面(截面)的样本。原位成像,这意味着在准备,样品永远不会被删除新兴市场TXP系统配备了一个标准M80立体显微镜。记录图像、数码相机等IC90 E互补金属氧化物半导体相机,可以安装。

图1:A)新兴市场TXP目标系统从徕卡微系统准备抛光、切割、锯、钻、铣材料样本。万博体育集成M80立体显微镜(红色箭头)允许精确定位区域的样本和几乎看不见的简单制备目标。B),烫金标本主臂(蓝色箭头),样品可以直接观察到在一个视角0°和60°、90°之间垂直。在0°的有一个视图示例在工作位置。在90°的顶视图样本的顶面允许距离与目镜格或数码相机显示决心。C)徕卡数码相机,比如IC90 E互补金属氧化物半导体相机,可以安装在M80显微镜记录图像。

材料和方法

铝合金样品

一个铝合金样品大小为10 x 10 x使用10毫米。宏观三维焊接缺陷是可见的合金样品准备之前就开始了。

铣削和铝合金的成像

的EM TXP堆焊系统用于铝合金样品制备。样品制备是只有钻石研磨和抛光。铣削铝合金的大小10µm步中完成的。后每次50µm铝合金(5步骤10µm)研磨,表面的2 d OM图像和主臂在45°记录(参见图2)。所有图片拍摄的M80立体显微镜和IC80高清数码相机。铝合金样品之前清洗与酒精成像,用压缩空气吹干。的总厚度通过铣削铝合金材料移除是2毫米,对应于共有40 2 d图像。堆栈的3 d图像重建40合金表面图像与执行拉斯维加斯X 3 d可视化软件。

图2:图像的横截面(正面)铝合金样品准备的新兴市场TXP系统:A)初始表面铣前显示宏观缺陷(t形截面的划痕);B)表面前50µm材料研磨后(缺陷现在更明显);C)之后第二个50µm研磨(总100µm删除);和D)后第三个50µm研磨(总150µm删除)。

结果

工作流程效率

完成整个工作流程的总时间仅为1.5小时。工作流程包括:

  • 安装铝合金样品的准备通过铣削和
  • 记录40的图像样本,每次50µm材料研磨。

当使用更常见的合金样品制备方法,通常工作流完成时间(4到10小时)。

3 d图像的缺陷

铣削高质量生产的铝合金试样表面的缺陷是清晰可见。40立体显微镜图像样本的2 d允许3 d图像重建的质量拉斯维加斯X 3 d可视化软件。的3 d图像的缺陷有足够的分辨率精确的体积和表面积测量(见图3)。决心429000µm缺陷卷3(0.429 x 103毫米3相当于0.429只)和它的表面积是545000µm2(0.545毫米2)。可以获得更高的3 d图像分辨率如果2 d图像记录更频繁地减少铣步骤之后,举例来说,如果每2铣步骤之后图像记录,那么只有20µm合金(2步骤10µm)将被删除。

图3:铝合金宏观缺陷的三维图像生成的使用拉斯维加斯X从徕卡三维可视化软件微系统:A)三维图像重建从2 d图像栈(总4万博体育0图片);B)合金样品横截面显示缺陷图像的测量体积(0.429 x 10⁻³mm³)和表面面积(0.545毫米²);和C)的放大到缺陷在图像B。

摘要和结论

这份报告描述了一种方法来形象宏观尺度缺陷不透明的铝(铝)合金三维(3 d)铣削和原位光学显微镜。

因为Al合金是重要的飞机和车辆制造,以及其他产品,彻底合金特性可以帮助最小化或消除缺陷会影响质量和性能。

3 d图像缺陷的一个不透明的铝合金生产使用以下方法:

  • 铝合金试样的宏观缺陷被磨小步骤(10µm厚度);
  • 2 d光学显微镜研磨合金表面的图像记录每次50µm厚度后切除;
  • 总共有2毫米的合金磨,产生共40 2 d图像;和
  • 合金和缺陷的三维图像重建从堆栈的2 d图像。

完成整个工作流程,从最初的铝合金样品制备记录所有40合金表面图片花了1.5小时,大约3 - 6倍更常见的样品制备方法。确定缺陷的体积是0.429 x 103毫米3(0.429只),面积是0.545毫米2。

整个工作流执行以下从徕卡仪器和软件微系统:万博体育

应该注意的是,其他徕卡数码相机与M80显微镜使用如果需要更高的数字分辨率成像。

使用3 d成像方法新兴市场TXP系统集成显微镜允许更快的执行整个工作流程。用户可能使用抛光、切割、锯、钻、或铣样品制备和选择最有效的方法。原位成像后的样品每个加工步骤消除之间的任何样品转移准备工具和外部显微镜。结果,不需要任何在工作步骤中再度调整,因为样本仍然总是与铣刀和显微镜。

合金缺陷的三维图像重建从堆栈的2 d图像有足够的分辨率,使精确的体积和表面积测量的缺陷。

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