复合制造的钛合金中多孔性三维结构表征检测方案(其它)

复合制造的钛合金多孔性三维结构表征 通过Robo-Met.3D分析复合制造的钛合金样品的多孔性情况，对比3D结果和经典的2D体视学方法。经典2D 法低估了较大尺寸核心的空隙尺寸和分布情况。使用 3D 技术能够测量一定体积内的这种空隙粒子的数量和尺寸。三维结构成像分析对于研究空隙尺寸和分布是一种更好的手段。 2D vs 3D 空隙特征分析 三维材料微观结构表征能够直观体现空隙的诸如尺寸，形状和分布情况，同时能够提供材料科学与工程综合计算模型关键性参数。空隙在材料机械性能方面扮演着至关重要的角色，合适的材料性能将可以应用到生物医学领域，生物医学应用要求材料具有低硬度和高比表面积；或者应用在特定的航空领域影响材料的疲劳寿命。为了准确的预测材料的机械性质，因此开展对于空隙的尺寸，分布，形貌学研究具有重要意义。 Robo-Met.3D分析 Robo-Met. 3D 是全自动连续象磨成像三维3D微结构分析测试系统，采集二维光学结构数据，用于三维重建和分析。复合制造合金材料 Ti 6AI 2Sn 4Zr 2Mo (Ti6242)样品，通过电子书能量熔融制造，是从如图1所示铸件上剪切的。剪切的样品尺寸为 20mm×20mm×18mm(长宽高)，通过传统金相切片方式进行制备。空隙研究的切片抛光，无须蚀刻，内部特征核心选择的厚度为5 um。光学成像是通过 Robo-Met. 3D 耦合 Zeiss Axiovert 倒置显微镜进行采集的，使用10倍物镜，明场照明。共进行70切面，每面16个图像拼合，而后进行三维结构重建。 Build Direction Centerline Planec e DirectionSli 图1样品切割指向。 2D成像的图片每层都是通过4×4图像拼接而成，然后通过 Fiji 和 Image J 软件进行每层之间的关联。图2显示其中一个切面经过抛光处理后的光学成像。为了分析的方便，我们定义5个像素作为阈值进行物体尺寸识别的判断，物体尺寸低于这个个值将会被移除，不做记录。像素的分辨率大约为1.08 u m (XY轴)。在3D成像内，单个重建结构的体积像素为1.08×1.08 u m×5.5 um (100X放大)。可识别检测的最小核心为一个体积像素。 图2样品 Ti6242 2D 原始图像 图 3Ti6242 的二维图像经过处理后的成像(阈值选择) 二维和三维成像分析 二元的 2D 图分析是通过 Fiji/Image J 打开源文件进行选择像素强度阈值。所有图片通过 Image J进行堆叠和校准，使用 Dream.3D 和 Paraview 进行三维图像重建和可视化处理。图4位使用 Paraview 进行三维重建后的效果图。等效球形直径(ESD) 通过 Dream.3D 软件进行输出。 图4通过Robo-Met.3D 三维重建 Ti6242样品测试结果 结果和讨论 图5表示通过每个切片二维 ESD 和三维法作出的 ESD 之间差异的散点图。高亮的对比其中的切片#44和65，显示出偏差范围较大，可以看出时下通过单个二维图评估 ESD 的弱点。针对其中切片#1， 其 ESD 为 37.4um， 通过单个二维图切面进行分析判断空隙直径，低估了较大核心的尺寸数量，并且高估了小尺寸核心的占比，因为这个可能只是单层内小尺寸核心的数量偏多了。对于#44， ESD 为 43.6um(接近 3D 法ESD 的43.9)，但是对于大核心的空隙数量过于高估，相比较而言3D分析方式更能准确直观反映真实的空隙等效直径。 使用 Robot-Met.3D 直接承揽材料微观特征，能够提供精确的缺陷核心的临界尺寸，用以预测疲劳寿命，特别是对于复合制造材料方面具有重要的应用意义。  通过Robo-Met.3D分析复合制造的钛合金样品的多孔性情况，对比3D结果和经典的2D体视学方法。经典2D法低估了较大尺寸核心的空隙尺寸和分布情况。使用3D技术能够测量一定体积内的这种空隙粒子的数量和尺寸。三维结构成像分析对于研究空隙尺寸和分布是一种更好的手段。2D vs 3D空隙特征分析三维材料微观结构表征能够直观体现空隙的诸如尺寸，形状和分布情况，同时能够提供材料科学与工程综合计算模型关键性参数。空隙在材料机械性能方面扮演着至关重要的角色，合适的材料性能将可以应用到生物医学领域，生物医学应用要求材料具有低硬度和高比表面积；或者应用在特定的航空领域影响材料的疲劳寿命。为了准确的预测材料的机械性质，因此开展对于空隙的尺寸，分布，形貌学研究具有重要意义。Robo-Met.3D分析Robo-Met. 3D是全自动连续抛磨成像三维3D微结构分析测试系统，采集二维光学结构数据，用于三维重建和分析。复合制造合金材料Ti 6AI 2Sn 4Zr 2Mo (Ti6242)样品，通过电子书能量熔融制造，是从如图1 所示铸件上剪切的。剪切的样品尺寸为20mm×20mm×18mm（长宽高），通过传统金相切片方式进行制备。空隙研究的切片抛光，无须蚀刻，内部特征核心选择的厚度为5μm。光学成像是通过Robo-Met. 3D耦合Zeiss Axiovert倒置显微镜进行采集的，使用10倍物镜，明场照明。共进行70切面，每面16个图像拼合，而后进行三维结构重建。图 1样品切割指向。2D成像的图片每层都是通过4×4图像拼接而成，然后通过Fiji和Image J软件进行每层之间的关联。图2显示其中一个切面经过抛光处理后的光学成像。为了分析的方便，我们定义5个像素作为阈值进行物体尺寸识别的判断，物体尺寸低于这个阈值将会被移除，不做记录。像素的分辨率大约为1.08μm（XY轴）。在3D成像内，单个重建结构的体积像素为1.08×1.08μm×5.5μm（100X放大）。可识别检测的最小核心为一个体积像素。图 2 样品Ti6242 2D原始图像图 3 Ti6242的二维图像经过处理后的成像（阈值选择）二维和三维成像分析二元的2D图分析是通过Fiji/Image J打开源文件进行选择像素强度阈值。所有图片通过Image J进行堆叠和校准，使用Dream.3D和Paraview进行三维图像重建和可视化处理。图4位使用Paraview进行三维重建后的效果图。等效球形直径（ESD）通过Dream.3D软件进行输出。图 4通过Robo-Met.3D三维重建Ti6242样品测试结果结果和讨论图5表示通过每个切片二维ESD和三维法作出的ESD之间差异的散点图。高亮的对比其中的切片#44和65，显示出偏差范围较大，可以看出时下通过单个二维图评估ESD的弱点。针对其中切片#1，其ESD为37.4μm，通过单个二维图切面进行分析判断空隙直径，低估了较大核心的尺寸数量，并且高估了小尺寸核心的占比，因为这个可能只是单层内小尺寸核心的数量偏多了。对于#44，ESD为43.6μm（接近3D法ESD的43.9），但是对于大核心的空隙数量过于高估，相比较而言3D分析方式更能准确直观反映真实的空隙等效直径。使用Robot-Met.3D直接承揽材料微观特征，能够提供精确的缺陷核心的临界尺寸，用以预测疲劳寿命，特别是对于复合制造材料方面具有重要的应用意义。