锻造工艺检测显微镜,铸造大晶粒对制品机械性能的影响

　　锻造工艺检测显微镜,铸造大晶粒对制品机械性能的影响

　　铸造大晶粒对制品机械性能的影响 在某些合金的铸锭中，由于工艺因素不当，形成粗大的晶粒组织。在这些粗晶的边界上，富集着低熔点共晶物和其它杂质相。有时在粗大晶粒的边界上存在着晶间裂纹。它们破坏了铸锭组织的连续性，给压力加工和制品的机械性能带来了不良影响。 铸锭的晶粒尺寸在一定范围内，随着晶粒尺寸的增大，制品的强度有所降低，而延伸率有所增加。铸锭晶粒度在一、二级范围时，一级晶粒的铸锭，其强度反而比二级晶粒铸锭的强度低，而延伸率两者基本近似。粗大晶粒经过轧制后，变成了纤维形的大片状或带状组织。这种组织具有很强的各向异性。这种形态的板材，在进行冲压时，制品往往出现“制耳"和“桔皮”等缺陷。

在挤压制品中，铸锭的粗大晶粒沿着轴向方向被拉长，变成了长条形状的纤维状组织。在同一合金中，并且当化学成分、工艺条件基本近似的情况下，由于铸锭晶粒大小不同，挤压制品不同方向上的机械性能是不同的。锻造时金属流动状况比较复杂，模锻件和自由锻件中的金属变形就有很大区别。随着自由锻中的镦粗、多方锻、拔长等加工方式的不同，金属的变形也各有一定的特点。总而言之，金属沿着变形方向发生了一定的变形。

在自由锻中，当坯料的化学成分基本相同，锻造工艺基本近似时，由于所用坯料品粒大小不同，造成了自由锻件的机械性能有所差别。例如，用粗大晶粒坯料时，锻件的纵向强度比用细晶粒做坯料时的纵向强度低(1-2)×10的7次方帕，前者延伸率比后者高2％左右。用细小品粒(一级)和用细晶粒(二级)做锻件的坯料，其强度和延伸率变化较小。即用细晶粒做坯料，锻件的强度比用粗大晶粒傲坯料时强度高l×107次方帕，而延伸率前者比后者低1％左右。

不是所有的粗大晶粒锭铸都不能用。如果制品只要求纵向强度，对延伸率及横向、高向的机械性能要求不严格，就可以利用粗大晶粒在加工方向上强度变化不大的特点，合理地使用金属材料。对于板材及锻件等制品，要求各方向具有适当的机械性能，因而采用均匀细晶粒的铸锭做坯料是适宜的。

　　加热熔化金属实验熔融凝固析晶体显微结构分析仪

　　熔融法

从熔体中生长单晶的方法是发展最快的一种方法，这样的方法有可能生长大的单品。适用此法生长的晶体在生成温度时，液相为均质熔体，且在熔点以下的温度不发生相变，这是它的必要条件。其生长速度与固一液界面的过冷度成正比，形状取决于固相或液相的导热率、热辐射、热对流等因素。

凝固析晶法

这是将加热熔化了的熔体冷却，使其析出晶体的方法，如在温度分布均匀的条件下，慢慢冷却整个熔体，冷到低于析晶的熔点的温度，就形成很多晶核。这些晶核成长后便成许多晶体聚集体(晶群)。使这些晶体沿一定方向有规则地成长是困难的，因而不易获得大的单晶。

现举例如下：片状人造氟云母晶体．纤维状人造氟石棉品体、纤维状硅酸铅钾晶体等。 用熔体凝固法制备无机氧化物多晶体 在冷却过程中，使熔体凝固成多晶体，不用说对金属而言，即使是对硅酸盐来讲，在制造电熔耐火材料时也早已采用。可是还没有阐明这种方法比粉末烧结法在制造细陶瓷方面有哪些优点。

从熔体制备无机氧化物多晶体时，将熔体很快冷至室温，引起玻璃化，接着再加热引起结晶化，这就是玻璃的结晶化法。

　　各种物质熔融,多晶材料特征研究用光学显微镜

　　单晶的生长(培养，培育)

单晶是在三维空间有规则地生长成的较大的晶体，不象多晶那样存在晶界，了解单晶所具有的特性，就可以知道如何利用那些性质及其有关应用，另一方面还能提供研究多晶材料特性的资料．

生长单晶通常是采用某些方法，从原料中析出单独的原子或分子，迁移到晶体的表面，使它成长，如迁移到表面的原子或分子符合自由能极小的条件，就会附着在表面。此时，要保持原来晶体的规则性，就要控制温度、气氛、物质的迁移量等。从这些因素看，关于单品的生长方法就可有各种各样的考虑，按目的或按对象(物质)分类。以往，由于采用水热合成法生长单晶硅(作半导体材料)和人造水晶(作通信用的振子材料)是非常突出的成果，所以常将这种方法单独介绍。

最近，在单晶生长方面，除此以外还采用了种种方法。本章中，先介绍有关晶体的结晶方面的一般概念，接着根据生长方法将大多数单晶进行分类，说明这些方法的特点，并举出例子。下面就是按生长方法分类的一种分类法：

(I)水溶液法：I)冷却法，Ⅱ)蒸发法，Ⅲ)扩散法

(2)熔融法。I)简单析晶法，Ⅱ)温度梯度法，Ⅲ)提

(3)气相法，I)升华法，Ⅱ)气相反应法，Ⅲ)气棚分解法

(4)高压法

阐明晶体生长机理的实验研究还很少，同时理论方面也不能满足实际的要求。此外，各种物质的结晶过程或结晶条件各有所差别，这也增加操作及分析的困难。

　　钢中非金属夹杂物在钢中的含量和分布研究显微镜

　　钢中非金属夹杂物主要是使钢的金属基体的均匀连续性发生中断，它们在钢中的形态、含量和分布情况都不同程度地影响钢的机械性能，因此夹杂物含量和分布等通常被认为是评定钢质优劣的一个重要质钢，故被列为优质钢和高级优质钢出厂常规检验项目之一。

管坯的截剖检验 根据验收技术条件规定，在大批生不过程中，每季度同一名称热处理后的毛坯其数量大于100支，必须从中选取一件进行全长截剖试验，以考核批管坯沿管全长性能是否均匀和符合规定要求。

毛坯和零件的磁力探伤检查 毛坯生产中必须有严格的工序检验，在热处理前，要对粗加工后的管坯进行磁力探伤，这样可以预先发现身管上的裂纹等缺陷，对轻微者并用手砂打磨消除，防止淬火时扩大，以保证产品质量，经热处理后的毛坯要进行超声波探伤，以检查内孔及外表裂纹，精加工后的零件也要进行磁力探伤检查。

　　钢中的不同夹杂物的硬度可用显微硬度计测定

　　夹杂物的各向同性及各向异性效应

利用偏振光照明研究夹杂物，可以把它们分为各向同性和各向异性两种，各向同性夹杂物在偏振光下，当转动载物台一周时，夹杂始终呈均匀的亮度而不发生任何变化，酸性钢中的夹杂物，如二氧化硅、铁锰硅酸盐及硫化物都属于各向同性夹杂物，各向异性夹杂物，当转动载物台一周时，将产生对称的四次消光和发亮现象，同时夹杂物的颜色也稍有变化。

夹杂物的硬度和塑性

夹杂物都具有不同硬度和塑性，根据它们的这种特性也有助于夹杂物的定性，夹杂物的硬度可用显微硬度计测定，也可以根据钢材锻压后夹杂物的变形程度加以估计，如碱性电炉冶炼的钢中三氧化二铝夹杂物，由于它很硬，因此锻压后只级改变其分布而不能改变形状，酸性平炉冶炼的钢中的硫化锰夹杂物却有很好的塑性，锻压后沿锻压方向延伸。

　　各式各样的修补工艺铸造金属熔焊工艺分析显微镜

　　各式各样的修补工艺都是行得通的，其中每一种工艺都有其适用范围，熔焊的方法能得到接近于完全均匀性，但是较为缓和和修补方法可用于不大危险的情况。

1、焊接

焊接与其它修正方法之间最基本的差异是充填和母体铸件之间达到真正冶金的联接，此联接不象软纤焊和钎焊那样表面联接，而是具有横原有界面晶粒组织连续性的特点。借助可靠的焊接工艺，检验和合适的随后热处理，焊补处可见具有与原有铸造金属完全相同的性能。

使用与铸件成分相近的充填金属，可以理想地使焊接处的耐腐蚀和外观以及机械性能与母体铸件相匹配，虽然在许多一部下，使用不同的成分可得到最好的机械性能，然而应考虑到不同的成分可能使焊接处加速腐蚀，同时稍为有硬度或色泽的差异便可能使加工表面变得明显。

焊接方法基本上随着加热所用的充填金属和防止焊缝氧化的方法而有所不同，最常用于铸件修补的是气焊和电弧焊，尽管已肯定的古老熔焊工艺也可看作真正的焊接方法，因它也使母体金属表面熔化。

　　常规铸件检验通常包括几何形状和尺寸的检验显微镜

　　材料和产品试验程序

常规铸件检验通常包括几何形状和尺寸的检验，联同外部缺陷和表面质量的外观检查，代表性的化学分析和机械性能也泶是可利用的，这些办法日益被各种形式的非破坏性试验，液压试验和加载检验所补充，由于所有这类办法都增加产品费用，为此应当首先考虑确定保持足以控制全面质量所检验数量，有些情况可能要求全面检验每一个铸件，但是在另外情况下取样检验法可能就足够了。

通常对所有铸件至少做有限的外观检验的同时，详细检验可能会发生偏差的关键部位，这方面对检验员来说完全了解铸造方法可消除不必要的日常工作，某些铸造尺寸对铸型和型芯移形成的偏差很敏感，而其它主要取决于模样的单个元件，使易于只在狭范围内变化。

　　合金焊接工艺,铸件的焊接质量检测便携显微镜

　　除了含锌的充填合金由于存在挥发问题是个例外，电弧焊现已用于大多数类型合金，可在讨论焊接和焊接冶金学的专门文献中找到完整说明特种合金焊接工艺关于铸件的焊接。

可以预料，可焊性主要与合金的高韧性有关，碳钢中的含碳量是主要因素，含碳小于0.35%碳钢，由于铁素体组织占主要地位，因而容易进行焊接，但高于此含碳量，为防止开裂而需要预热，高强度低合金钢由于形成马的可能性增大了，更难于焊接，最不利的情况是涉及高碳马氏体内部的孪生板状组织，氢和应力联合作用的结果，在某些场合达到这种联合作用是由于氢慢慢地从焊接熔金属扩散到热影响区，当达到临界含气量时就缓慢破坏。

低合金钢焊接的主要预防措施是靠预热和焊后加热以降低冷却速度，随着成分的不同，采用150-400℃预热温度，使用含氢低有电极可减少吸收氢量，在较低应力区进行焊补时，可借助使用韧性的低强度充填金属，如常用奥氏体不锈钢以缓和开裂。硼酸盐以及碱金属氟化物为基础，选择的焊剂必须活泼到足以去除粘滞的氧化膜，由于这些焊剂都是高度腐蚀性的，因此在铸件投入使用之前，要细心清除其残留的痕迹。

　　形状和尺寸铸件检验和质量分析金相显微镜

　　检验和质量控制的一个重要因素涉及所检验铸件的一致性，当制造的许多铸件不企图长期核对时，每一个铸件的原始明显标记对保留质量记录是一个有价值的帮助，除最小铸件外，几乎全部在早期阶段可打印缩写字头和顺序号，在铸件使用期间能够经常保持的标记，提供生产和检验过程的永久参考，考虑到发生的疲劳损坏经常从这类标记处获得，为此必须慎重地打印金属标记，重要的是把金属标记安排在远离高受力区。

形状和尺寸 每一个铸件的简单目测，应确保不忽略铸件有形貌特征或由于造型错误，浇不足或清理失误造成的畸形，这阶段能观察到严重的表面缺陷和表面粗糙度仪。

而后借助于检验夹具，卡规和样板对照图纸进行尺寸检查，铸件尺寸公差通常在图纸上标出，在某些场合这工序可与随后的加工划线合并，指定加工时不单独划线的铸件要特别注意尺寸与基准面结合，包含这些表面的误差能够产生随后的误差或在铸件另外一处不适当的加工切削，当部件重量是关键的情况下，可以包括比重要性。

　　铸件合金获得焊接接头的机械强度和焊接分析显微镜

　　焊接性

是一种合金获得焊接接头的机械强度和无焊接缺陷的能力，它是许多铸件尤其是铸-焊结构有价值的性能，焊接性是成分和初始组织的函数，并能通过用与制造和使用条件有关的各种经验性试验测出。

焊接性中最重要方面是热影响区中无脆性和裂纹，这种性能以整个加热周期中保持韧性的合金为最好，因为借助塑性变形来吸收激冷激热和不同的热膨胀，虽然固有地脆性合金和具有的马氏体转变的合金仍然可依靠预热和随后加热工艺以及特殊成分的充填金属进行焊接，但其焊接性最差。

其它方面包括对氧、氢和氮污染的敏感性和污染程度，耐腐蚀由于污染而使母材组织变化而受到损害。

对热处理的反应 在应力支承应用中整体机械性能是重要的，发展这些性能取决于冷却速度或热处理，为此，材料必须与特定断面厚度可得到的冷却速度相适应，淬透性标准反应这类材料的要求，因此，可能指定顶端淬火试验作为冶金控制手段，采用等温或连续冷却转变图的形式是更为基本的资料，可为选择材料提供原始基础。

　　压铸型部分冷却加工氧化物金相分析图像显微镜

　　氧化锌的聚积

在熔化黄铜时形成锌蒸气，它将氧化并与压铸型上的润滑剂化合形成坚韧的硬皮，氧化锌是绝缘体，会降低压铸型表面的导热率，氧化物的聚积十分迅速，并且会景程压铸件的精度及外观，而且任何表面裂纹都会充当氧化我的落脚点，通常是将压铸型从机器上取下，用喷丸或喷砂法清除掉积垢，但如果经常这样进行处理，那就可能影响压型的尺寸，或使棱角变成圆角。

另外一种清理压铸型的办法，需要使用铬酸溶液，它对模具钢是有效的，但是它却可能破坏钽-锆-钼合金型芯，下班时让水在压铸型内循环15min，使压铸型部分冷却，将压铸型从压铸机取下并喷水直到它完全冷却，将溶液倒入型腔，并保持一个晚上，在第二天开始生产前，将压铸型用清水洗干净，把脱下来的氧化物抹掉，如果压铸型的构造不适于这种处理办法，那就可以把整个压铸型的部件浸没在清洁溶液中还有一种有效的处理方法，那就是每小时向浇包内的黄铜液中分几次加入少量的镁，或加镁而报废的铸件极少，但是镁却可以把氧化物从压型表面清除掉，对于旧的压铸型就必须注意到镁会把表面裂纹深处的沉积物去掉，而使处理后所生产的铸件难于取出来。

　　金属试样在机械性能试验中的不同显微特征检测显微镜

　　应力腐蚀开裂通常具有下述共同特征

1．存在拉伸应力，它可以是外加的或者是残留的应力。

2．合金对引起开裂的环境，通常具有良好的抗腐蚀性能。这就是为I什么出于对环境有抗腐蚀能力而选用的合金，可能容易发生应力腐蚀开裂。

3．某种合金通常在一些特定的环境里更容易发生应力腐蚀开裂。而且，在这种环境里主要的腐蚀介质并不需要很高的浓度。近年来的“研究指出。应力腐蚀开裂与环境特征的关系，并非如早期对应力腐蚀开裂研究中所设想的那么明显。

4．尽管金属本身在机械性能试验中韧性相当好，但从应力腐蚀裂纹的显微特征来说，则属于脆性断裂。裂纹经常有很多分叉，当然也并非总是这样。

5．要导致产生应力腐蚀开裂，必须超过某一临界应力或应力强度。为短时间浸在热硝酸盐溶液中铁试样的电子显微镜观察结果所证实。浸在溶液中的试样，一部分处于无应力状态，而另一部分则处于应力状态，其结果如下

1．处于应力状态和无应力状态的金属，沿着晶粒边界都发生选择性溶解。金属在浸入电解质溶液以后，均立刻发生沿晶粒边界的选择性溶解(无任何孕育时间)，在几秒钟以后就变得很明显。

2．由应力所引起金属中组织的改变，并不影响腐蚀途径(不偏离晶粒边界)。位错和位错塞积处，并不是择优腐蚀的途径。因此，处子应力状态的金属，尽管沿着晶界存在着位错塞积，却仍然象无应力金属那样发生选择性腐蚀，，即沿晶界的腐蚀。所以，腐蚀裂纹沿着择优腐蚀的途径扩展，由原始金属的化学成分和组织所决定(不决定于拉应力)。不过，在无拉应力的金属中，沿晶界的选择性溶解速度变慢，直至停止。无应力的金属，浸在电解液中0．5～1小时以后，沿晶界的溶解深度达到最大值，且不超过0．1mm(约两颗晶粒的直径)

　　电子显微镜研究微量元素金属问化合物质点晶粒边界

　　微量元素具有两种不同的影响。第一种影响是，许多元素倾向子形成不溶解的金属问化合物质点，沉积在晶粒边界上，从而稳定了成形产品中的晶粒形状(详见下述)，而不使其形成等轴晶粒组织。这类元素中最为人熟知的是Mn和Cr，它们影响所有四种合金的晶粒形状，最近zr也成为其中的重要元素。由于在铝合金灼应力腐蚀开裂中，晶粒形状极为重要，因而对许多使用等轴晶粒组织，作为试验合金的研究工作，必须慎重对待。使用这种合金是希望能分别研究各种合金元素的单独影响，但对化学成分与显微组织，更为复杂的工业合金来说，同一元素的表现可能极不相同。因而可以预期，使用试验合金所获得的结论中至少有一部分，或许有许多，对具有加工产品晶粒形状的复杂的工业合金来说i是不适用的。 腐蚀裂纹的萌生与扩展可以归因子在阳极区金属的连续溶解，逮种髂鳃由于应力而被加速。甚至在无负荷的金属中，晶问腐蚀有时候几乎象腐蚀裂纹扩展那样快。然而，如果没有应力的作用，晶间腐蚀最终将停止，而在加负荷的材料中，晶间裂纹的发展是连续的。我们用专门的仪器测量了浸泡在沸腾的硝酸溶液里的阿姆科铁中裂纹萌生和早期扩展阶段的应力变化。在第一阶段，应力有轻微的却是连续的变化，虽然金相研究表赐表面腐蚀裂纹业已萌生和扩展。应力的间歇性变化开始得很迟，可能是由于几个裂纹联接起来了。

腐蚀裂纹由于阳极区的电化学溶解而萌生的可能性，已通过对处子应力下的金属箔腐蚀的电子显微镜研究所证实。在晶间开裂时，阳极区包括晶粒粒边界，而当穿晶开裂时，这种阳极区是通过滑移面上的位错聚集或阳极析出产生的。

　　经热加工锻压的铝合金制品晶粒形状计量显微镜

　　对予奥氏体不锈钢来说，原则上可以象铝合金一样，用同样的这些参数来进行同样性质的讨论。但有两点区别必须看到，而且这种区别对讨论影响不大。首先，这类钢名义上是单相奥氏体，因此冶金工艺更为筒单，同时需要有更为一般性的讨论。其次，有大量关于氢的研究必须综合到应力腐蚀开裂的结果中去，绝大部分要讨论的应力腐蚀开裂的数据，都涉及含氯化物水溶液的环境。在氢中的失效模式，通常是拉伸试验时韧性降低，而不是承受荷载时的破裂(象水溶液中的应力腐蚀开裂那样)。 几乎所有经锻压的铝合金制品，都具有同样的晶粒形状。在纵向和横向呈扁平形并显著伸长，在厚度方向则很薄。铝合金中的应力腐蚀开裂实际上总是晶间的，而对于晶间断裂来说， 显微组织中，唯一易于发生或低能量的断裂途径乃是垂直予厚度方向，或者说沿着扁平面方向。从而，在纵向和横向所做的应力腐蚀开裂试验，由于实际作用在晶粒表面上的正应力为零，与那些在厚度方向加载的试验相比，开裂速度要低得多。 实际上我们已经了解，应力腐蚀开裂的速度是垂直晶界方向上分应力的函数。在光滑试棒和TTF试验中。这种相同晶粒位向的破应是类似的。 这样的晶粒组织就是普遍担心在铝合金中“端部晶粒暴露"的原因(所谓端部晶粒暴瑶亦即在某一表面上，厚度方向与应力轴线的方向一致)，可能人们会想，愈接近等轴晶粒的组织，性能愈好。但是对等轴晶粒组织的试验表明，与厚度方向的敏感性相比，这种组织盼应力腐蚀开裂的敏感性同样很大，甚至更大，这样看来 实际生产中的晶粒组织，不仅使人们可以只注意产品中的某一方向，而且较之等轴晶粒组织来说，还改善了应力腐蚀开裂的抗力。因此，有必要重复提一下，作为铝合金应力腐蚀开裂的研究，所使用的试验合金，这种材料与任何工业合金相比，其开裂速度高，且定量的变化规律也不同，人们有理由怀疑，这类研究的结果能否应用于实际生产．

　　浸渍在蒸馏水中淬硬钢的裂纹扩展晶粒尺寸形状和织构

　　晶粒尺寸形状和织构

奥氏体不锈钢通常具有近似的等轴晶粒组织，因而一般说来晶粒形状不是一个重要的参数。此外，应力腐蚀开裂和氢脆两者通常都是穿晶的，因此晶粒位向也不起重要作用。同时，中等程度变形或退火后的不锈钢，充其量也不过只有轻微的织构现象，因此，我们也并不预期因织构而会产生多大的影响。

晶粒大小有一定的影响，在动载荷作用下，或在一定比例屈服应力的静态作用下，减小晶粒尺寸会使裂纹适当减小。在304L不锈钢的氢脆研究中，也存在着同样影响的初步迹象． 浸渍在蒸馏水中淬硬钢的裂纹扩展(用电阻测量法)动力学的研究表明，电阻保持常数。因此，在与水保持接触的一定时间内，不发生裂纹的扩展。同在氢疲劳的情况下一样，这表示在裂纹扩展之前有一孕育时间。为了确定孕育时间是否能够再现，我们对试样一直检测到裂纹开始扩展，之后卸除载荷，将试样在室温下的空气中或在水中经过时效，然后，试样在水中再加载使之处于应力状态。当时效时间大于3小时，在裂纹扩展之前，有一类似于第一次加载时的新的孕育时间。不过，如在第一次载荷卸除后，马上重新加载，则不存在新的孕育时间。所以，上述实验提供了论证，即高强钢在蒸馏水中及水蒸气中的延迟破坏是由氢脆所造成的。

　　应用于清洁度颗粒分析的显微镜,金属磨损颗粒含量

　　磨粒磨损

磨粒磨损是另一种主要的磨损型式。这种磨损型式最易理解，因为它涉及到整体性能而不是表面性能。实质上，它涉及到在表面上压痕、划槽而后切下材料的硬质粒子。这种磨损出现在磨削和用砂纸加工时。砂粒必须比被磨材料硬，它们必须牢固地粘结在底纸上，而且它们的顶端必须尖锐而不变钝，以便毹切削而不是划槽。如果在磨削中砂粒发生断裂，只要新生的砂粒仍很尖锐，这反而有利。最后，通常需要防止被磨材料粘住砂粒和堵塞砂粒之间的空隙。这就是使用润滑剂的主要原因。如果要尽量减少磨削过程中表面的摩擦发热，就应同时使用润滑剂和冷却液。

很明显，在磨削中，表面越硬，砂粒使表面穿透得就越少，因而磨粒磨损越少。但是，这有一个限度。如果表面太硬，它也会变得很脆。在接触区周围就会发生龟裂，而材料的较大碎片就会从表面上落下。在这种情况下，磨损和表面破坏都很严重。

金属在滑动时，其中一个表面上可能存在硬质粒子(例如钢中夹杂有碳化物或二氧化硅)、发生加工硬化的磨屑或者形成很硬的氧化膜，这些都是引起磨粒磨损的主要原因。其中一些表面膜可能是极硬的磨料，因而在磨损过程中起主要作用。例如，氧化锡比钢的氧化物或氧化铁硬，这就是为什么在容易氧化的条件下，锡滑块与硬钢滑块相比出人意料地却使铬钢表面发生更为严重磨损的原因。同样，氧化铝要比氢氧化镁硬得多。这可能就是为什么镁合金活塞与铝合金活塞相比能使汽缸衬套较少地刮伤和磨损的原因之一(不是唯一的原因)。

　　金属磨粒-光谱分析,铁谱分析技术应用显微镜厂商

　　粘附磨损

粘附磨损是因摩擦接点受剪而引起的。如果接点的强度比接点两侧材料的强度低．剪切将发生在界面上。这时，几乎没有表面破坏和磨损。如果滑动发生在表面氧化层内，就会出现这种情况。如果接点的强度比其中一个金属的强度高，剪切将不是发生在界面上，而是发生在软金属内一个很小深度处。这会使磨损和表面损坏程度大大增加，而摩擦只有少量增加。硬表面逐渐覆有一层薄的软金属转移膜，因此滑动 最后成为相同金属特有的滑动。即使在这种情况下，软金属仍会从表面上磨下一小部份硬金属来。最后，如果相同的金属相互滑动，接点的材料就同原表面一样，但摩擦过程本身会使它们的硬度和强度提高。因此，剪切很少发生在界面上，而是发生在界面两侧的整块金属内。虽然不断的来回转移意味着实际磨损很少，但表面破坏还是很严重。相同金属相互滑动时会发生严重破坏，这就是滑动系统中避免采用这种组合的主要原因。

根据上述简单的概念可知，虽然任何接点都会引起摩擦，但它们不一定都会引起磨损。

　　场离子显微镜装置能够用来研究应用得广泛多种类型

　　原子探针基本原理

MOller，Vanselow和Schmidt首先用质谱仪测定室温和高于室温的场蒸发的各种特征。Barofsky和Mailer将场离子显微镜与磁偏转质谱仪组合，在低温下鉴别了场蒸发元素。但初始阶段的仪器不能对样品进行有选择的局部区域的分析。意义最深远的设计产生在1967年，这就是由Mailer．Panitz和McLane开拓的飞行时间原理。在他们设计的仪器中，场离子显微镜的成像荧光屏上开一小探孔，样品固定在一个可以转动的支架上，以便使图像上的某个小的区域调整到与单个离子灵敏的飞行时间质谱仪成一直线。在场离子显微镜的静电场中所形成的场电离离子和场蒸发离子轨迹的相同性，第一次使得区别被选择的单个离子成为可能。

原子探针操作的基本原理是非常简单的，区别单个原子的第一步是要形成样品的场离子图像，其次，确定样品位置，以便被选择区域的场离子图像落在通道板和荧光屏装置的小孔上。然后，表面原子通过加到样品上的一系列ns上升时间的高压脉冲而场蒸发。当电离的原子从整个样品表面剥落时，只有轨迹通过荧光屏上小孔的电离的原子才能进入质谱仪被分析。这些离子的质荷比m／咒可通过使具有总电压V的样品表面的离子的势能与离子被加速到对面电极(保持在地电位)所得到的动能相等而计算出来。 现行的场离子显微镜装置能够用来研究多种类型的材料，几乎包括了所有的金属和合金，以及半导体、导电的氧化物、陶瓷等场离子显微镜图像也能从样品表面的场蒸发的离子形成，并称之为场解吸显微镜。这类成像具有内在的不稳定性，这是因为在成像过程中样品表面的原子材料连续地被剥落。尽管成像强度可用串接的两个微通道板的成像转换系统增强．这类成像也非常微弱，因为每个像点仅由一个离子来形成。场解吸显微镜技术没有场离子显微镜应用得广泛，但场解吸显微镜提供了成像衬度的另一种不同的来源，特别是可以用来研究离子投影和投影畸变效应的细节

　　场离子显微镜固体样品表面原子的图像成像的特点

　　原子探针是场离子显微镜和单离子灵敏质谱仪的组合体。在场离子显微镜中，由场电离作用产生的正电荷气体离子被用来生成固体样品表面原子的图像。通过场蒸发，样品表面的原子层可以逐层被电离和剥落。这能将材料原子细节的三维结构成像，同时也提供了质谱分析的离子源。从同一区域产生的场电离和场蒸发的离子的径迹几乎是相同的，因此，样品的选区的化学分析能够实现。样品被固定在方向可调的装置上，成像荧光屏中心所开的小孔将场离子显微镜和质谱仪连为一体，正是这样的设计安排，才可能鉴别单个成像的原子。 场离子显微镜中一个重要的概念是最佳成像电场(BIF)或最佳成像电压(BIV)。对一种给定的成像气体，最佳成像电场是得到最好的整个的成像衬度的电场。对一个给定曲率半径的样品，这对应着一个特定使用电压，称之为最佳成像电压。如果使用的电压太低，从样品表面产生的离子流不足以形成满意的图像；如果使用的电压太高，在整个样品尖端表面上将形成均匀的电离，从而减小了图像的衬度。所以，最佳成像电压的条件对应着与表面特征相关的场电离过程的最佳调整，通常这可以用眼睛在±1—2％范围之内来调节。 在足够强的电场条件下，将产生场解吸和场蒸发。这些过程在场离子显微镜的操作中用于以下几个目的：

(1)从样品顶端区域电离和去除污染物、吸附层和氧化物等，为观察分析而生成一个原子级清洁表面。

(2)平滑样品顶端表面的突起和毛刺，从而产生一个规则、平滑的尖端形状的样品。

(3)控制样品材料逐个原子层的连续剥落，以便在原子尺度研究样品的三维特性。