La microscopie est utilisée pour l’inspection d’échantillons et consiste en l’utilisation d’un grossissement optique ou numérique pour améliorer la visibilité des caractéristiques de petite taille. Par opposition, la macroscopie consiste à examiner un échantillon à l’œil nu.
La microscopie optique est utilisée pour effectuer l’examen de microstructures à des grossissements pouvant atteindre 1 000 x. La microscopie électronique, qui permet des grossissements jusqu’à 500 000 x, est généralement utilisée pour l’analyse des défaillances dans les laboratoires de recherche et développement et les établissements d’enseignement.
Quatre types de microscopie sont utilisés pour les essais matérialographiques en fonction de la nature de la pièce et de l’objectif de l'examen. Ils sont décrits ci-après.
Microscopie optique En microscopie optique, différents filtres sont utilisés pour améliorer le contraste et accentuer des caractéristiques spécifiques en se basant sur les propriétés du matériau. Pour ce faire, on utilise généralement des grossissements allant de 2,5 x à 1 000 x. En matérialographie, la lumière réfléchie est le type de microscopie optique la plus fréquemment utilisée. La microscopie optique à lumière transmise est également utilisée, mais principalement pour les échantillons minéralogiques.
Microscopie optique stéréoscopique Le microscope stéréoscopique est une variante du microscope optique conçue pour l'observation d'un échantillon à faible grossissement grâce à la lumière réfléchie par la surface de l’échantillon.
Microscopie électronique à balayage Un microscope électronique à balayage est un microscope électronique produisant les images d'un échantillon par balayage de la surface de l’échantillon à l’aide d'un faisceau d’électrons. Les électrons interagissent avec les atomes de l’échantillon, générant divers signaux pouvant être traduits en informations relatives à la topographie de la surface et à la composition de l'échantillon.
Microscopie électronique à transmission La microscopie électronique à transmission utilise un faisceau d'électrons qui passe à travers un échantillon ultrafin tout en interagissant avec ce dernier. Les signaux générés peuvent être traduits en divers types d'informations, telles que l'orientation des différents cristaux.
Microscopie optique
Microscopie électronique à balayage
Microscopie optique stéréoscopique
Microscopie électronique à transmission
Comment utiliser un microscope optique
1. Préparation de l’échantillon
L'état de la surface de l’échantillon aura une influence sur la lumière réfléchie et transmise. Le niveau acceptable de la qualité de la surface est défini par le type d'analyse requis.
Une préparation correcte de l’échantillon est essentielle pour obtenir la qualité et le contraste de surface requis.
2. Source lumineuse
L'image de la surface est basée sur l’interaction entre la lumière et la surface. Différentes sources lumineuses telles que LED, halogène ou mercure, associées à différents types d’éclairages tels que l’éclairage coaxial, l'éclairage annulaire ou l’éclairage ponctuel permettront de couvrir une large variété de surfaces à analyser afin de déterminer des propriétés de surface telles que la rugosité, la couleur et l'alignement.
Un éclairage correct est essentiel pour pouvoir procéder à l’examen de topographies complexes.
3. Filtres
Le fond clair est la technique de contraste la plus fréquemment utilisée. Seuls les phases/éléments présentant une différence de réflectivités pourront être distinguées.
Les techniques de contraste telles que le fond noir, le contraste interférentiel et la lumière polarisée permettent d’observer les détails qui diffèrent de ceux mis en avant par le fond clair.
En microscopie optique, le choix des filtres dépend de la nature de la surface ainsi que des propriétés et des détails à examiner.
Fond noir - Couches de plastique
Le fond noir permet également de distinguer les couleurs originales des différentes couches plastiques.
Fond noir - Qualité du polissage
Les fines rayures, les pores et les arrachements sont mieux visibles en fond noir qu'en fond clair. Les irrégularités telles que les pores et les fissures réfléchissent la lumière vers l’objectif alors que toutes les zones bien polies restent sombres. Cette technique permet une différentiation aisée des pores et inclusions, de la propagation des microfissures et l’évaluation de la qualité du polissage.
Fond noir phases semi opaques
Les phases semi-opaques peuvent être identifiées par leur couleur, par exemple des inclusions d’oxyde de cuivre (Cu2O), qui sont grises sur fond clair, mais qui dans une matrice de cuivre se distinguent par leur couleur rouge grenat en fond noir.
Lumière polarisée
Utilisée pour : - obtenir une structure contrastée des métaux anisotropes qui sont difficiles à attaquer, tels que certains alliages de titane et d’étain, le béryllium ou l’uranium. - identifier divers composants intermétalliques et inclusions grâce à leurs effets anisotropes caractéristiques. - différencier les phases anisotropes des phases isotropes. - vérifier si la surface des métaux isotropes peut être rendue optiquement active par une attaque (par ex. anodisation).
Contraste interférentiel
Le contraste interférentiel permet de mettre en avant un relief. Certains types de phases intermétalliques peuvent par exemple être détectés par référence à leur morphologie.
Fluorescence
Les parties de l'échantillon qui ne sont pas fluorescentes restent sombres et il est facile de détecter les fissures ou les pores grâce à l'ajout d'un colorant fluorescent à la résine d’enrobage.
4. Acquisition des images
Outre tout ce qui est mentionné ci-dessus, la capture de la véritable microstructure dépend de facteurs importants lors de l’acquisition des images. Les deux facteurs les plus importants sont l’exposition et la balance des blancs.
Spécialistes d'application
Vers le chemin de la connaissance ...
Helle Michaelsen
Global Business Solution & Application Manager Struers Aps Ballerup, Denmark
